JP2008507329A - System and method for real-time tracking of targets in radiation therapy and other medical applications - Google Patents

System and method for real-time tracking of targets in radiation therapy and other medical applications Download PDF

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Abstract

放射線治療及び他の用途のための実時間でターゲットを追跡するシステムと方法が開示される。1つの実施形態において、方法は、患者体内にターゲットに関連する位置に埋め込まれたマーカーの位置情報を時刻tnにおいて収集するステップと、時刻tnにおいて収集された位置情報に基づいてターゲットの位置を示す客観的出力を供給するステップを含む。客観的出力は、位置情報が収集された時刻tnから1ミリ秒乃至2秒以内に、メモリ・デバイス、ユーザ・インタフェース、及び/又は放射線照射装置に供給される。本方法のこの実施形態は、少なくとも治療処置の一部の間に、10−200msの周期で客観的出力を供給するステップをさらに含むことができる。例えば、本方法は、イオン化放射線のビームを発生して、該ビームをマシーン・アイソセンターに向けるステップと、患者をイオン化放射線ビームで照射しながら、10−200ミリ秒ごとに、収集手続きと供給手続きを連続的に繰り返すステップをさらに含むことができる。Systems and methods for tracking a target in real time for radiation therapy and other applications are disclosed. In one embodiment, the method collects position information of a marker embedded at a position associated with the target within the patient at time t n , and the position of the target based on the position information collected at time t n . Providing an objective output indicative of The objective output is supplied to the memory device, the user interface, and / or the radiation irradiator within 1 to 2 seconds from the time t n when the position information is collected. This embodiment of the method may further include providing an objective output with a period of 10-200 ms, at least during a portion of the therapeutic procedure. For example, the method includes generating a beam of ionizing radiation and directing the beam to the machine isocenter, and collecting and delivering procedures every 10-200 milliseconds while irradiating the patient with the ionizing radiation beam. Can be further included.

Description

本発明は、一般に放射線治療システムに関し、より特定的には放射線治療を教導し評価するために、実時間でターゲットを正確に位置決めして、追跡するためのシステムと方法に関する。本発明は、しかし、他の医療用途においても有用である。
本願は、2004年9月16日出願の米国特許仮出願第60/610,509号、及び2004年7月23日出願の米国特許仮出願第60/590,894号の利益を主張するものであり、これらの両方の特許文献はその全体が引用によりここに組み入れられる。
The present invention relates generally to radiation therapy systems, and more particularly to systems and methods for accurately positioning and tracking a target in real time to teach and evaluate radiation therapy. The present invention, however, is useful in other medical applications.
This application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 610,509, filed September 16, 2004, and US Provisional Application No. 60 / 590,894, filed July 23, 2004. Yes, both of these patent documents are hereby incorporated by reference in their entirety.

放射線治療は、前立腺ガン、肺ガン、脳腫瘍及び多くの他の種類の局部ガンを治療するための重要で高度に成功的な治療方法となっている。放射線治療処置は一般に(a)放射線のパラメータ(例えば、線量、形状など)を決定する計画過程、(b)放射線ビームに対してターゲットを望ましい位置に配置するための患者の位置設定の過程、(c)ガンを照射する放射線照射期間、及び(d)放射線照射期間の効果の評価するための検証過程を含む。多くの放射線治療処置は、約5日から45日までの期間にわたる幾つかの放射線照射期間(即ち、照射分画)を必要とする。   Radiation therapy has become an important and highly successful treatment method for treating prostate cancer, lung cancer, brain tumors and many other types of local cancer. Radiotherapy procedures generally include (a) a planning process for determining radiation parameters (eg, dose, shape, etc.), (b) a patient positioning process for placing the target in a desired position relative to the radiation beam, ( c) a radiation period for irradiating the gun, and (d) a verification process for evaluating the effect of the radiation period. Many radiotherapy treatments require several irradiation periods (ie, irradiation fractions) over a period of about 5 to 45 days.

放射線療法による局部ガンの治療を改善するためには、大部分のガンを撲滅するにはより高い線量がより効果的であるので、一般的には放射線量を増すことが望ましい。しかし、放射線量を増すことは、健康な組織に合併症を起す可能性を増すことにもなる。従って、放射線治療の有効性は、腫瘍に照射される放射線の全線量と腫瘍に隣接する正常組織に照射される線量との両方に依存する。腫瘍に隣接する正常組織を保護するために、放射線は、健康な組織の小部分だけが照射されるように、ターゲットの周りの厳密な治療マージン内に処方されるべきである。例えば、前立腺ガンに関する治療マージンは、直腸、膀胱、及び球部尿道の組織への照射を避けるように選択されるべきである。同様に、肺ガンに関する治療マージンは、健康な肺組織又は他の組織への照射を避けるように選択されるべきである。従って、腫瘍に照射される放射線量を増すことが望ましいばかりでなく、健康組織への照射を減ずることも望ましい。   In order to improve the treatment of local cancer by radiation therapy, it is generally desirable to increase the radiation dose, as higher doses are more effective at eradicating most cancers. However, increasing the radiation dose also increases the likelihood of complications in healthy tissue. Thus, the effectiveness of radiation therapy depends on both the total dose of radiation delivered to the tumor and the dose delivered to normal tissue adjacent to the tumor. In order to protect normal tissue adjacent to the tumor, radiation should be prescribed within a strict treatment margin around the target so that only a small portion of healthy tissue is irradiated. For example, the treatment margin for prostate cancer should be selected to avoid irradiation of rectal, bladder, and bulbar urethral tissues. Similarly, the treatment margin for lung cancer should be selected to avoid irradiating healthy lung tissue or other tissues. Therefore, it is desirable not only to increase the radiation dose irradiated to the tumor, but also to reduce the irradiation to healthy tissue.

放射線治療の1つの困難は、多くの場合ターゲットが放射線照射期間中に又はその期間と期間の間に、患者の体内で移動することである。例えば、前立腺は、呼吸運動及び/又は充満/排出(例えば、充満又は空の膀胱)のために、放射線照射期間中に患者の体内で移動する。肺の腫瘍もまた、呼吸運動及び心臓機能(例えば、鼓動及び脈管収縮/膨張)のために放射線照射期間中に移動する。そのような移動を補償するために、治療マージンは、腫瘍が治療体積の外へ出ないように、一般には望ましい大きさよりも大きくなる。これは、より大きな治療マージンはより大きな体積の正常組織を照射する可能性があるので、望ましい解決法ではない。   One difficulty with radiation therapy is that the target often moves within the patient's body during or between periods of radiation. For example, the prostate moves in the patient's body during radiation exposure due to respiratory motion and / or filling / excretion (eg, full or empty bladder). Lung tumors also move during irradiation due to respiratory motion and cardiac function (eg, beating and vasoconstriction / inflation). In order to compensate for such movement, the treatment margin is generally larger than desired so that the tumor does not go out of the treatment volume. This is not a desirable solution because a larger treatment margin may irradiate a larger volume of normal tissue.

放射線治療のもう1つの難題は、腫瘍を放射線ビームに正確に位置合せすることである。現在の位置設定過程では、患者の上の外部参照マーキングを放射線照射装置の視覚位置調整ガイドに位置合せするのが一般的である。一例として、腫瘍は初めにイメージング・システム(例えば、X線コンピュータ処理トモグラフィ(CT)、磁気共鳴イメージング(MRI)、又は超音波装置)を用いて患者体内において識別される。次に、患者の体外の二つ又はそれ以上の位置調整点に対する腫瘍の近似的な位置が決定される。位置設定の間、患者体内の治療ターゲットを放射線ビームのビーム・アイソセンター(ここではまたマシーン・アイソセンターとも呼ぶ)に配置するために、外部マークは放射線照射装置の基準座標系によって位置合せされる。外部マークを用いる通常の位置設定過程は、患者治療計画過程と治療期間の間で、及び/又は治療期間中にターゲットが外部マーカーに対して移動する可能性があるので、一般には不適当である。従って、ターゲットをマシーン・アイソセンターに配置するために、外部マークが所定の位置にある場合でも、ターゲットの位置をマシーン・アイソセンターから外すこともある。ターゲットと放射線ビームの間の如何なる初期の位置調整不良も正常組織への照射をもたらし易いので、そのようなオフセットを縮小又は除去することが望ましい。さらに、呼吸、臓器充満、又は心臓条件のために治療中にターゲットが移動すると、如何なる初期の位置調整不良も正常組織への照射をさらに悪化させ易くなる。従って、毎日毎日の及び瞬間瞬間のターゲットの運動の変化は、患者に適用される放射線量を増すことに関する重要な課題を提起する。   Another challenge of radiation therapy is to accurately align the tumor with the radiation beam. In the current positioning process, it is common to align the external reference marking on the patient with the visual alignment guide of the radiation delivery device. As an example, a tumor is initially identified in a patient using an imaging system (eg, X-ray computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), or ultrasound device). Next, the approximate location of the tumor relative to two or more alignment points outside the patient's body is determined. During positioning, the external mark is aligned with the reference coordinate system of the radiation delivery device in order to place the treatment target within the patient at the beam isocenter of the radiation beam (also referred to herein as the machine isocenter). . The normal positioning process using external marks is generally inadequate because the target may move relative to the external marker between the patient treatment planning process and the treatment period and / or during the treatment period. . Accordingly, in order to place the target at the machine isocenter, the target position may be removed from the machine isocenter even when the external mark is at a predetermined position. Since any initial misalignment between the target and the radiation beam is likely to result in irradiation of normal tissue, it is desirable to reduce or eliminate such an offset. In addition, if the target moves during treatment due to respiration, organ fullness, or cardiac conditions, any initial misalignment tends to further exacerbate normal tissue. Thus, daily and instantaneous instantaneous target motion changes pose a significant challenge with respect to increasing the dose of radiation applied to the patient.

外部マークを用いる通常の位置設定及び治療過程はまた、マークと検知器の間の直線的な照準線を必要とする。この必要条件は、埋め込まれたマーカー又は患者体内の他の状態(即ち、検知器及び/又は光源の照準線から外れた)のマーカーに対してはこれらのシステムを役に立たなくする。従って、通常の光学的追跡システムは、医療用途におけるそれらの有用性を制限する多くの制約をもつ。   Normal positioning and treatment processes using external marks also require a straight line of sight between the mark and the detector. This requirement renders these systems useless for implanted markers or markers in other conditions within the patient (ie, off the line of sight of the detector and / or light source). Thus, conventional optical tracking systems have many limitations that limit their usefulness in medical applications.

添付の図面において、同じ参照番号は類似の要素又は構成部分を表す。図面中の要素のサイズと相対位置は必ずしも一定の縮尺で描かれてはいない。例えば、種々の要素の形状及び角度は一定の縮尺で描かれてはおらず、これらの要素の幾つかは、図の見易さを改善するために、任意に拡大され配置されている。さらに、要素が描かれている特定の形状は、特定の要素の実際の形状に関する何らかの情報を伝えることを意図したものではなく、単に、図面中での認識を容易にするために選択されている。   In the accompanying drawings, the same reference number represents a similar element or component. The sizes and relative positions of elements in the drawings are not necessarily drawn to scale. For example, the shapes and angles of the various elements are not drawn to scale, and some of these elements are arbitrarily enlarged and arranged to improve viewability. Further, the particular shape in which the element is drawn is not intended to convey any information about the actual shape of the particular element, but is simply selected for ease of recognition in the drawings. .

以下の説明において、本発明の種々の実施形態の完全な理解をもたらすために、ある特定の詳細が示される。しかし、当業者は、これらの特定の詳細の1つ又はそれ以上を用いずに、或いは他の方法、構成成分、要素などを用いて、本発明を実施することが可能であることを認識するであろう。他の例においては、ターゲットの位置決め及び追跡システムに関連する周知の構造体は、本発明の実施形態の説明を不必要に不明瞭にしないように、示されない又は詳細には説明されない。   In the following description, certain specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of various embodiments of the invention. However, one of ordinary skill in the art appreciates that the invention can be practiced without one or more of these specific details, or with other methods, components, elements, and the like. Will. In other instances, well-known structures associated with the target positioning and tracking system are not shown or described in detail to avoid unnecessarily obscuring the description of the embodiments of the invention.

文脈が変更を必要としない限り、本明細書及び添付の特許請求項を通して、「含む」という語、及びその「含む」及び「含んでいる」などの派生語は、「含んでいるが限定はされない」という意味を含んだ開かれた意味に解釈されたい。   Unless the context requires change, throughout this specification and the appended claims, the word “comprising” and its derivatives, such as “including” and “including,” include “ It should be interpreted in an open sense that includes the meaning of “not done”.

本明細書を通して、「1つの実施形態」又は「一実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造体、又は特性が、本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書を通して種々の場所に現れる「1つの実施形態において」又は「一実施形態において」という語句は、必ずしも全てが同じ実施形態を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造体、又は特性は、1つ又はそれ以上の実施形態において任意の適切な仕方で組み合せることができる。
ここに与えられる見出しは便利だけのためであり、特許請求される本発明の範囲及び趣意を説明するものではない。
Throughout this specification, reference to “an embodiment” or “an embodiment” refers to a particular feature, structure, or characteristic described in connection with that embodiment, that is at least one implementation of the invention. Means included in the form. Thus, the phrases “in one embodiment” or “in one embodiment” appearing in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment. Furthermore, the particular features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.
The headings provided herein are for convenience only and do not explain the scope or spirit of the claimed invention.

A. 概観
図1−図24は、本発明の実施形態による、患者体内のターゲットを実時間で位置決めし、追跡し、モニターするためのシステム及び幾つかの構成要素を示す。システム及び構成要素は、ターゲットをより効果的に治療するように放射線治療を導き制御する。図1−図24を参照して以下で説明されるシステムの幾つかの実施形態は、本発明の態様により、肺、前立腺、頭、首、胸、及び体の他の部分におけるターゲットを治療するために用いることができる。さらに、図1−図24に示されるマーカー及び位置決めシステムはまた、外科的用途又は他の医療用途に用いることもができる。種々の図面全体にわたって、類似の参照番号は類似の構成要素及び特徴を表す。
A. Overview FIGS. 1-24 show a system and several components for positioning, tracking, and monitoring a target in a patient in real time according to an embodiment of the present invention. The system and components direct and control radiation therapy to treat the target more effectively. Some embodiments of the system described below with reference to FIGS. 1-24 treat targets in the lung, prostate, head, neck, chest, and other parts of the body in accordance with aspects of the present invention. Can be used for In addition, the markers and positioning systems shown in FIGS. 1-24 can also be used for surgical or other medical applications. Like reference numbers represent like components and features throughout the various figures.

本発明の幾つかの実施形態は、ターゲットを追跡する方法、即ち、医療用途において患者体内のターゲットの位置及び/又は回転を実質的に実時間で測定する方法に向けられる。その方法の1つの実施形態は、ターゲットに対して実質的に固定されているマーカーの位置データを収集するステップを含む。この実施形態はさらに、外部基準座標系(即ち、患者体外の基準座標系)におけるマーカーの位置を決定するステップと、マーカーの位置に対応する外部基準座標系における客観的出力を生ずるステップとを含む。客観的出力は、臨床的に許容できる追跡誤差の範囲内で、ターゲットの位置を実時間で適切に追跡する頻度/周期で繰返し与えられる。従って、ターゲットを追跡する方法は、診断、計画、治療又は他の型の医療過程の間中、ターゲットを正確に追跡することを可能にする。多くの特定の用途において、客観的出力は、そのような治療過程に位置データを用いために、位置データ収集後に適切に短い待ち時間内に、且つ、十分に高い頻度で与えられる。   Some embodiments of the present invention are directed to a method for tracking a target, i.e., a method for measuring the position and / or rotation of a target within a patient in a medical application in substantially real time. One embodiment of the method includes collecting position data for markers that are substantially fixed relative to the target. This embodiment further includes determining the position of the marker in an external reference coordinate system (ie, a reference coordinate system outside the patient) and producing an objective output in the external reference coordinate system that corresponds to the position of the marker. . The objective output is given repeatedly at a frequency / cycle that properly tracks the target position in real time within the scope of clinically acceptable tracking errors. Thus, the method of tracking the target allows the target to be accurately tracked throughout a diagnosis, planning, treatment or other type of medical process. In many specific applications, the objective output is provided within a reasonably short waiting time after location data collection and at a sufficiently high frequency to use location data for such treatment processes.

別の特定の実施形態は、イオン化放射線ビームを用いて患者体内のターゲットを治療する方法であって、患者体内のターゲットに関連する位置に埋め込まれたマーカーの位置情報を時刻tnにおいて収集するステップと、時刻tnに収集された位置情報に基づいて、ターゲットの位置を示す客観的出力を供給するステップとを含む方法である。客観的出力は、位置情報が収集された時刻tnから2秒以内に、メモリ・デバイス、ユーザ・インタフェース、及び/又は放射線照射装置に供給される。本方法のこの実施形態は、治療過程の少なくとも一部分の間に、2秒又はそれ以下の周期で客観的出力を供給するステップをさらに含むことができる。例えば、本方法はさらに、イオン化放射線ビームを発生するステップと、このビームをマシーン・アイソセンターに向けるステップと、イオン化放射線ビームで患者を照射する際に、10−200ms毎に収集過程及び供給過程を連続的に繰り返すステップとを含むことができる。 Another particular embodiment is a method of treating a target within a patient using an ionizing radiation beam, wherein the position information of a marker embedded at a location associated with the target within the patient is collected at time t n . And providing an objective output indicating the position of the target based on the position information collected at time t n . The objective output is supplied to the memory device, the user interface, and / or the radiation irradiator within 2 seconds from the time t n when the position information is collected. This embodiment of the method may further include providing an objective output with a period of 2 seconds or less during at least a portion of the treatment process. For example, the method further includes the steps of generating an ionizing radiation beam, directing the beam to the machine isocenter, and collecting and delivering every 10-200 ms when the patient is irradiated with the ionizing radiation beam. Continuously repeating steps.

患者体内のターゲットを追跡する方法の別の実施形態は、患者体内のターゲットに関連する位置に配置されるマーカーの位置情報を取得するステップと、位置情報に基づいて外部基準座標系内でのマーカーの位置を決定するステップとを含む。この実施形態は、(a)ユーザ・インタフェースにおけるターゲット位置の表示のポーズがヒトには容易に認識できないように十分に高い頻度で、及び、(b)マーカーの位置情報の取得と少なくとも実質的に同時であるように短い待ち時間で、ターゲットの位置を示す客観的出力をユーザ・インタフェースに供給するステップをさらに含む。   Another embodiment of a method for tracking a target in a patient body includes obtaining position information of a marker placed at a position associated with the target in the patient body, and a marker in an external reference coordinate system based on the position information. Determining the position of. This embodiment includes (a) a frequency sufficiently high so that the pose of display of the target position in the user interface is not easily recognizable by humans, and (b) acquisition of marker position information and at least substantially The method further includes providing an objective output to the user interface indicating the position of the target with a short waiting time to be simultaneous.

本発明の別の実施形態は、イオン化放射線ビームを発生し、そのビームをターゲットに関連して向けることにより、イオン化放射線ビームを用いて患者のターゲットを治療する方法に向けられる。この方法はさらに、ビームをビーム・アイソセンターに向けている間に、患者体内のターゲットに関連する位置に埋め込まれたマーカーの位置情報を収集するステップを含む。さらに、この方法は、収集された位置情報に基づいて、ビーム・アイソセンターに相対的なターゲットの位置を示す客観的出力を供給するステップを含む。この方法はさらに、客観的出力をビームのパラメータと相関させるステップと、客観的出力に基づいてビームを制御するステップを含むことができる。例えば、ターゲットが望ましい照射ゾーン内にあるときにだけ患者を照射するように、ビームをゲート制御することができる。さらに、患者を照射している間、ターゲットをビーム・アイソセンターに対して望ましい位置に維持する実時間の動的制御をもたらすように、客観的出力によって患者を自動的に移動させるか又はビームの形状を自動的に適合させることができる。   Another embodiment of the invention is directed to a method of treating a patient target using an ionizing radiation beam by generating an ionizing radiation beam and directing the beam relative to the target. The method further includes collecting positional information of the marker implanted at a location associated with the target within the patient while directing the beam to the beam isocenter. In addition, the method includes providing an objective output indicating the position of the target relative to the beam isocenter based on the collected position information. The method can further include correlating the objective power with the parameters of the beam and controlling the beam based on the objective power. For example, the beam can be gated so that the patient is illuminated only when the target is within the desired illumination zone. In addition, while irradiating the patient, the patient can be automatically moved by objective output to provide real-time dynamic control that maintains the target in the desired position relative to the beam isocenter or beam The shape can be automatically adapted.

この節では、本発明の種々の実施形態が、これらの実施形態の説明を完全に理解し実際的にするための特定の細部を提供するために説明される。当業者は、しかし、本発明がこれらの細部の幾つかを用いずに実施できること、又は本発明に追加の細部を加えることができることを理解するであろう。文脈が許す箇所では、単数形又は複数形の用語は、それぞれ、複数形又は単数形の用語を含むことが可能である。さらに、「又は」という語は、少なくとも2つの品目に言及して他の品目を除外した単一の品目だけを意味することに特に限定されない限り、それらリスト中で「又は」を用いることは、(a)リスト中の任意の単一品目、(b)リスト中の全ての品目、或いは(c)リスト中の品目の任意の組み合せを含むと解釈されたい。加えて、用語「含む」は、全体にわたって、任意により多数の同じ特徴物及び/又は他の型の特徴物又は構成要素が排除されないように、少なくとも列挙された特徴物を含むことを意味する。   In this section, various embodiments of the present invention are described to provide specific details in order to fully understand and practice the description of these embodiments. Those skilled in the art will appreciate, however, that the invention can be practiced without some of these details, or that additional details can be added to the invention. Where the context permits, singular or plural terms may include plural or singular terms, respectively. Further, unless the word “or” is specifically limited to mean only a single item that refers to at least two items and excludes other items, the use of “or” in those lists is It should be construed to include (a) any single item in the list, (b) all items in the list, or (c) any combination of items in the list. In addition, the term “comprising” is meant to include at least the listed features throughout, so that optionally any number of the same features and / or other types of features or components are not excluded.

B. 実時間追跡システムを有する放射線治療システム
図1及び図2は、患者6の肺4、前立腺、胸、頭、首又は他の部分の内のターゲット2(例えば、腫瘍)に、誘導型放射線治療を施すための放射線治療システム1の種々の態様を示す。放射線治療システム1は、位置決めシステム10と放射線照射装置20を有する。位置決めシステム10は、治療計画、患者位置設定の間、及び/又は放射線照射装置からイオン化放射線をターゲットに適用している際に、ターゲット2の実際の位置を実時間で位置測定して追跡する追跡ユニットである。従って、ターゲット2は患者体内で、前述のように、呼吸、臓器充満/排出、心臓機能又は他の内部運動のために移動する可能性があるが、位置決めシステム10は、放射線照射装置の外部基準座標系又は患者体外の他の外部基準座標系に対するターゲットの運動を正確に追跡して、ターゲット周辺の小さな限定範囲内に放射線を正確に照射するようにする。位置決めシステム10はまた、マーカーの配置と軌跡をモニターして、イオン化放射線を用いずに腫瘍の変化の早期の指標を提供するようにすることができる。さらに、位置決めシステム10は、連続的にターゲットを追跡して客観的データ(例えば、絶対基準座標系における3次元座標)をメモリ・デバイス、ユーザ・インタフェース、線形加速器、及び/又は他のデバイスに供給する。システム1は、以下で、患者の肺内部の腫瘍又は他のターゲットを治療するための誘導型放射線治療の文脈において説明されるが、本システムは、患者体内の前立腺又は他のターゲットを、他の治療及び/又は診断のために追跡しモニターするために用いることができる。
B. Radiotherapy system with real-time tracking system FIGS. 1 and 2 show guided radiation therapy on a target 2 (eg, a tumor) in the lung 4, prostate, breast, head, neck or other part of a patient 6. Various aspects of a radiation therapy system 1 for application are shown. The radiation therapy system 1 includes a positioning system 10 and a radiation irradiation device 20. The positioning system 10 tracks and tracks the actual position of the target 2 in real time during treatment planning, patient positioning and / or when ionizing radiation is being applied to the target from the radiation delivery device. Is a unit. Thus, while the target 2 may move within the patient for breathing, organ filling / excretion, cardiac function or other internal movement, as described above, the positioning system 10 may be used as an external reference for the irradiation device. The movement of the target with respect to the coordinate system or other external reference coordinate system outside the patient's body is accurately tracked so that the radiation is accurately delivered within a small limited area around the target. The positioning system 10 can also monitor marker placement and trajectory to provide an early indication of tumor change without the use of ionizing radiation. In addition, the positioning system 10 continuously tracks the target and provides objective data (eg, three-dimensional coordinates in an absolute reference coordinate system) to memory devices, user interfaces, linear accelerators, and / or other devices. To do. Although the system 1 is described below in the context of guided radiation therapy to treat a tumor or other target within a patient's lungs, the system can be used to transfer the prostate or other target within the patient to other It can be used to track and monitor for treatment and / or diagnosis.

示された実施形態の放射線源はイオン化放射線装置20(即ち、線形加速器)である。適切な線形加速器は、米国カリフォルニア州パロアルト所在のVarian Medical Systems, Inc.、米国ニュージャージー州イゼリン所在のSiemens Medical Systems, Inc.、米国ニュージャージー州イゼリン所在のElekta Instruments, Inc.、又は、日本の三菱電機株式会社によって製造されている。それらの線形加速器は、通常の単一又は多重場の放射線治療、3D等角的放射線治療(3D CRT)、強度変調型放射線治療(IMRT)、定位固定型放射線治療、及びトモ・セラピーを遂行することができる。放射線源20は、可動構台22から、ゲート制御され輪郭付け又は形状成形されたイオン化放射線のビーム21を、放射線源20に関連する外部絶対基準座標系での既知の位置にある範囲又は体積に向けて照射することができる。イオン化放射線ビーム21が向けられる点又は体積は、マシーン・アイソセンターと呼ばれる。   The radiation source of the illustrated embodiment is an ionizing radiation device 20 (ie, a linear accelerator). A suitable linear accelerator is available from Varian Medical Systems, Inc., Palo Alto, California. Siemens Medical Systems, Inc., Iserin, NJ, USA. Elekta Instruments, Inc., Iserin, New Jersey, USA. Or manufactured by Mitsubishi Electric Corporation of Japan. These linear accelerators perform conventional single or multiple field radiation therapy, 3D conformal radiation therapy (3D CRT), intensity modulated radiation therapy (IMRT), stereotaxic radiation therapy, and tomotherapy be able to. The radiation source 20 directs a gated, contoured or shaped beam of ionizing radiation 21 from a movable gantry 22 to a range or volume at a known position in the external absolute reference coordinate system associated with the radiation source 20. Can be irradiated. The point or volume to which the ionizing radiation beam 21 is directed is called the machine isocenter.

追跡システムは、位置決めシステム10、及び1つ又はそれ以上のマーカー40を含む。位置決めシステム10は、3次元基準座標系におけるマーカー40の実際の位置を決定し、マーカー40は普通患者6の体内に埋込まれる。図1及び図2に示される実施形態においては、より具体的に、マーカー40a−40cとして個別に識別される3つのマーカーが、患者6の肺4の内部又はその近くの、ターゲット2の内部又はその近傍に埋込まれている。他の用途においては、単一のマーカー、2つのマーカー、又は3を越える数のマーカーを特定の用途によって用いることができる。例えば、2つのマーカーが望ましいが、その理由は、ターゲットの位置を正確に決定することができからであり、また、2つのマーカーの間の時間経過に伴う如何なる相対的変位も患者体内でのマーカー移動をモニターするのに用いることができるからである。マーカー40は、少なくとも実質的にターゲット2に対して固定される(例えば、マーカーは直接にターゲットと共に動くか、又はターゲットの移動に少なくとも直接に比例して動く)ようにターゲット2に対して配置されることが望ましい。マーカー40の間の相対位置、及びターゲット2のターゲット・アイソセンターTとマーカー40との間の相対位置は、患者がテーブル上に配置される前の治療計画段階の際に、CTスキャナ又は他の型のイメージング・システムによって定義される外部基準座標系に対して決定することができる。図1及び図2に示されるシステム1の特定の実施形態においては、隣接する健康組織への副次効果を軽減し、所望の線量がターゲットに適用されることを確実にするために、患者の位置設定過程の間及び患者を照射している間、位置決めシステム10は、絶対外部基準座標系に対するマーカー40の3次元座標を実時間で追跡する。   The tracking system includes a positioning system 10 and one or more markers 40. The positioning system 10 determines the actual position of the marker 40 in the three-dimensional reference coordinate system, and the marker 40 is normally implanted in the body of the patient 6. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, more specifically, the three markers, individually identified as markers 40a-40c, are located in or near the target 2 in or near the lung 4 of the patient 6. It is embedded in the vicinity. In other applications, a single marker, two markers, or more than three markers can be used depending on the particular application. For example, two markers are desirable because the position of the target can be accurately determined, and any relative displacement over time between the two markers is not a marker within the patient. This is because it can be used to monitor movement. The marker 40 is positioned relative to the target 2 so that it is at least substantially fixed relative to the target 2 (eg, the marker moves directly with the target or moves at least directly in proportion to the movement of the target). It is desirable. The relative position between the markers 40, and the relative position between the target isocenter T of the target 2 and the marker 40 is determined during the treatment planning stage before the patient is placed on the table during the CT scanner or other Can be determined with respect to an external reference coordinate system defined by the type of imaging system. In certain embodiments of the system 1 shown in FIGS. 1 and 2, to reduce side effects on adjacent healthy tissue and to ensure that the desired dose is applied to the target, During the positioning process and while illuminating the patient, the positioning system 10 tracks the three-dimensional coordinates of the marker 40 relative to the absolute external reference coordinate system in real time.

C. マーカー及び位置決めシステムの一般的態様
図3は、患者体内の腫瘍又は他のターゲットを治療するための、位置決めシステム10及びマーカー40a−40cの一実施形態の操作を示す略図である。位置決めシステム10及びマーカー40a−40cは、放射線照射期間の前、間、及び後にターゲット2(図1及び図2)の位置を決定するために用いる。より具体的には、位置決めシステム10は、位置設定、治療、展開、シミュレーション、外科手術、及び/又は他の医療過程の間に実時間で、マーカー40a−40cの位置を決定し、客観的なターゲット位置データをメモリ、ユーザ・インタフェース、線形加速器、及び/又は他のデバイスに供給する。位置決めシステムの1つの実施形態においては、実時間とは、客観的な座標の指標が、(a)データ中のポーズがヒトには認識できないように十分に高いリフレッシュ速度(即ち、頻度)で、且つ(b)位置決定信号の測定と少なくとも実質的に同時であるような十分に短い待ち時間で、ユーザ・インタフェースに供給されることを意味する。他の実施形態においては、実時間とは客観的データを放射線照射装置に供給するための高頻度の範囲及び低待ち時間の範囲によって定義され、或いは、さらに他の実施形態においては、実時間は、マーカーの位置に対応する客観的データを供給するとして定義される(例えば、ターゲットの位置を実時間で適切に追跡する頻度、及び/又はマーカーの位置データの取得と実質的に同時の待ち時間において)。
C. General Aspects of Marker and Positioning System FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the operation of one embodiment of positioning system 10 and markers 40a-40c for treating a tumor or other target in a patient. The positioning system 10 and the markers 40a-40c are used to determine the position of the target 2 (FIGS. 1 and 2) before, during and after the irradiation period. More specifically, the positioning system 10 determines the position of the markers 40a-40c in real time during positioning, treatment, deployment, simulation, surgery, and / or other medical processes, and is objective. Target position data is provided to a memory, user interface, linear accelerator, and / or other device. In one embodiment of the positioning system, real time means that the objective coordinate index is (a) a refresh rate that is high enough (ie, frequency) that the poses in the data are not recognizable to humans. And (b) means being provided to the user interface with a sufficiently short latency such that it is at least substantially simultaneous with the measurement of the positioning signal. In other embodiments, real time is defined by a high frequency range and a low latency range for supplying objective data to the radiation delivery device, or in yet other embodiments, real time is , Defined as providing objective data corresponding to the position of the marker (eg, how often to properly track the position of the target in real time, and / or latency substantially simultaneous with the acquisition of the marker position data. In).

1. 位置決めシステム
位置決めシステム10は励起源60(例えば、パルス磁場発生装置)、センサ・アセンブリ70、並びに、励起源60及びセンサ・アセンブリ70の両方に結合したコントローラ80を含む。励起源60は患者6の体内のマーカー40a−40c(図1)の少なくとも1つを励起するために励起エネルギーを発生する。図3に示される励起源60の実施形態は、種々の周波数のパルス磁場を生成する。例えば、励起源60は、第1のマーカー40aを励起するために第1の周波数E1、第2のマーカー40bを励起するために第2の周波数E2、第3のマーカー40cを励起するために第3の周波数E3において磁場を周波数分割多重化することができる。励起エネルギーに応答して、マーカー40a−40cは、独自の応答周波数において位置信号L1-3を発生する。より具体的には、第1マーカー40aは、第1周波数E1における励起エネルギーに応答して、第1周波数において第1の位置信号L1を発生し、第2マーカー40bは、第2周波数E2における励起エネルギーに応答して、第2周波数において第2の位置信号L2を発生し、第3マーカー40cは、第3周波数E3における励起エネルギーに応答して、第3周波数において第3の位置信号L3を発生する。2つのマーカーを用いる代替の実施形態においては、励起源は、周波数E1とE2における磁場を発生し、マーカー40a−40bは、それぞれ位置信号L1とL2を発生する。
1. Positioning System The positioning system 10 includes an excitation source 60 (eg, a pulsed magnetic field generator), a sensor assembly 70, and a controller 80 coupled to both the excitation source 60 and the sensor assembly 70. The excitation source 60 generates excitation energy to excite at least one of the markers 40a-40c (FIG. 1) in the patient 6. The embodiment of the excitation source 60 shown in FIG. 3 generates a pulsed magnetic field of various frequencies. For example, the excitation source 60 excites the first frequency E 1 to excite the first marker 40a, the second frequency E 2 to excite the second marker 40b, and the third marker 40c. In addition, the magnetic field can be frequency division multiplexed at the third frequency E 3 . In response to the excitation energy, markers 40a-40c generate position signals L 1-3 at their own response frequency. More specifically, the first marker 40a in response to the excitation energy at the first frequency E 1, the first position signal L 1 generated in the first frequency, the second marker 40b, the second frequency E In response to the excitation energy at 2, a second position signal L 2 is generated at the second frequency, and the third marker 40 c is third at the third frequency in response to the excitation energy at the third frequency E 3 . generating a position signal L 3. In an alternative embodiment using two markers, the excitation source, generates a magnetic field in the frequency E 1 and E 2, markers 40a-40b generates a position signal L 1 and L 2, respectively.

センサ・アセンブリ70は、マーカー40a−40cからの位置信号L1-3を検出するための複数のコイルを含むことができる。センサ・アセンブリ70は、相互に少なくとも実質的に共面である複数のコイルを有する平坦パネルとすることができる。他の実施形態においては、センサ・アセンブリ70はコイルの非平面型配列とすることができる。 Sensor assembly 70 can include a plurality of coils for detecting position signals L 1-3 from markers 40a-40c. The sensor assembly 70 may be a flat panel having a plurality of coils that are at least substantially coplanar with each other. In other embodiments, sensor assembly 70 may be a non-planar array of coils.

コントローラ80は、ハードウェア、励起源60に動作して励起エネルギーを種々の周波数E1-3に分割多重化させる命令を含むソフトウェア又は他のコンピュータ動作可能な媒体を含む。例えば、コントローラ80は、励起源60に第1の励起期間に第1周波数E1の励起エネルギーを発生させ、次にコントローラ80は、センサ・アセンブリ70が第1周波数E1の励起エネルギーの存在なしに第1マーカー40aからの第1位置信号L1を検出する第1の検出段階のために、励起源60に第1周波数E1の励起エネルギーを終了させる。次にコントローラ80は励起源60に、(a)第2の励起期間に第2周波数E2の第2励起エネルギーを発生させ、そして(b)センサ・アセンブリ70が第2周波数E2の励起エネルギーの存在なしに第2マーカー40bからの第2位置信号L2を検出する第2の検出段階のために、第2周波数E2の励起エネルギーを終了させる。コントローラ80は次にこの動作を、第3の検出段階に第3マーカー40cが第3位置信号L3をセンサ・アセンブリ70に伝達するように、第3周波数E3の第3励起エネルギーに対して繰り返す。従って、励起源60は、励起期間に励起エネルギーをマーカー40a−40cの共鳴周波数におけるパルス磁場の形態で無線伝達し、マーカー40a−40cは検出段階中に位置信号L1-3をセンサ・アセンブリ70に無線伝達する。励起及び検出段階は、ノイズを低減するために検出信号を平均することを可能にするように繰り返すことができることが認識されるであろう。 The controller 80 includes hardware, software or other computer operable medium that includes instructions for operating the excitation source 60 to split and multiplex the excitation energy to various frequencies E 1-3 . For example, the controller 80 causes the excitation source 60 to generate excitation energy of the first frequency E 1 during the first excitation period, and then the controller 80 causes the sensor assembly 70 to be free of the excitation energy of the first frequency E 1 . For the first detection step of detecting the first position signal L 1 from the first marker 40a, the excitation energy of the first frequency E 1 is terminated in the excitation source 60. The controller 80 then causes the excitation source 60 to (a) generate a second excitation energy at the second frequency E 2 during the second excitation period, and (b) the sensor assembly 70 to generate an excitation energy at the second frequency E 2 . The excitation energy of the second frequency E 2 is terminated for a second detection stage in which the second position signal L 2 from the second marker 40b is detected without the presence of. The controller 80 then performs this operation for the third excitation energy at the third frequency E 3 so that the third marker 40c transmits the third position signal L 3 to the sensor assembly 70 during the third detection stage. repeat. Accordingly, the excitation source 60 wirelessly transmits the pump energy to the excitation period in the form of a pulsed magnetic field at the resonant frequency of the marker 40a-40c, marker 40a-40c are located in the detection phase signal L 1-3 the sensor assembly 70 To communicate wirelessly. It will be appreciated that the excitation and detection steps can be repeated to allow the detection signal to be averaged to reduce noise.

コントローラ80内、又は別個の信号プロセッサ内、又は他のコンピュータ内のコンピュータ動作可能な媒体はまた、3次元基準座標系におけるマーカー40a−40cの各々の絶対位置を決定する命令を含む。センサ・アセンブリ70によって与えられる、位置信号L1-3の各々の大きさに対応する信号に基づいて、コントローラ80及び/又は別個の信号プロセッサは、3次元基準座標系におけるマーカー40a−40cの各々の絶対座標を計算する。マーカー40a−40cの各々の絶対座標は、基準座標系におけるターゲットの座標を計算するのに用いることができる客観的データである。複数のマーカーが用いられるときは、ターゲットの回転も計算できる。 Computer operable media in controller 80, or in a separate signal processor, or other computer also includes instructions for determining the absolute position of each of markers 40a-40c in a three-dimensional reference coordinate system. Based on a signal provided by sensor assembly 70 corresponding to the magnitude of each of position signals L 1-3 , controller 80 and / or a separate signal processor may provide each of markers 40a-40c in the three-dimensional reference coordinate system. Calculate absolute coordinates of. The absolute coordinates of each of the markers 40a-40c is objective data that can be used to calculate the coordinates of the target in the reference coordinate system. When multiple markers are used, target rotation can also be calculated.

2. 実時間追跡
位置決めシステム10及び少なくとも1つのマーカー40は、治療計画、位置設定、放射線照射期間、及び放射線治療過程の他の期間中に、マシーン・アイソセンター又は別の患者体外の外部基準座標系に関してターゲット2を実時間追跡することを可能にする。多くの実施形態において、実時間追跡とは、マーカーの位置データを収集すること、外部基準座標系におけるマーカーの位置を決定すること、及びマーカーの位置に対応する外部基準座標系における客観的出力を供給することを意味する。客観的出力はターゲットを実時間で適切に追跡する頻度、及び/又は、位置データの収集と少なくとも実質的に同時となる待ち時間(例えば、一般的に同時の時間内で)で供給される。
2. The real-time tracking positioning system 10 and at least one marker 40 are associated with a machine isocenter or another external reference coordinate system outside the patient body during treatment planning, positioning, radiation exposure, and other periods of the radiation treatment process. Allows target 2 to be tracked in real time. In many embodiments, real-time tracking includes collecting marker position data, determining the position of the marker in the external reference coordinate system, and providing an objective output in the external reference coordinate system that corresponds to the marker position. Means supply. The objective output is provided at a frequency that properly tracks the target in real time and / or at a latency (eg, generally within the same time) that is at least substantially simultaneous with the collection of location data.

例えば、実時間追跡の幾つかの実施形態は、マーカーの位置を決定すること、及びマシーン・アイソセンターに対するターゲットの位置を計算することを、(a)ユーザ・インタフェースにおけるターゲット位置の表示中のポーズが処置の妨げにならない或いはヒトには容易に識別できないような十分に高い頻度で、且つ(b)マーカーからの位置信号の測定と少なくとも実質的に同時となるように十分に短い待ち時間で、行うものとして定義される。或いは、実時間とは、位置決めシステム10が各々の個別のマーカー40の絶対位置及び/又はターゲットの位置を、1msから5秒までの周期で、又は、多くの用途においては約10から100msまでの周期で、又は幾つかの特定の用途においては約20から50msまでの周期で、計算することを意味する。ユーザ・インタフェースに関する用途においては、例えば、周期は12.5ms(即ち、80Hzの周波数)、16.667ms(60Hz)、20ms(50Hz)、及び/又は50ms(20Hz)とすることができる。   For example, some embodiments of real-time tracking include determining the position of the marker and calculating the position of the target relative to the machine isocenter: (a) a pose during display of the target position in the user interface At a sufficiently high frequency that does not interfere with the treatment or easily discernable by humans, and (b) with a sufficiently short waiting time so that it is at least substantially coincident with the measurement of the position signal from the marker, Defined as what to do. Alternatively, real time refers to the positioning system 10 positioning the absolute position and / or target position of each individual marker 40 in a period from 1 ms to 5 seconds, or in many applications from about 10 to 100 ms. It means to calculate with a period, or in some specific applications with a period of about 20 to 50 ms. In applications related to the user interface, for example, the period can be 12.5 ms (ie, a frequency of 80 Hz), 16.667 ms (60 Hz), 20 ms (50 Hz), and / or 50 ms (20 Hz).

或いは、実時間追跡はさらに、位置決めシステム10が、マーカー40から位置信号が伝達された時刻から10msから5秒までの待ち時間内に、マーカー40及び/又はターゲット2の絶対位置をメモリ・デバイス、ユーザ・インタフェース、線形加速器又は他のデバイスに供給することを意味することができる。より特定的な用途においては、位置決めシステムは、一般にマーカー40及び/又はターゲット2の位置を約20から50msまでの待ち時間内に供給する。従って、位置決めシステム10は、より多くの放射線量をターゲットに適用することができ、且つ、健康組織に対する副次効果を軽減することができる故に放射線治療の効果を高めると期待される様式で、外部基準座標系に対するマーカー40及び/又はターゲット2の位置をモニターするための実時間追跡を提供する。   Alternatively, real-time tracking may further include the positioning of the absolute position of the marker 40 and / or the target 2 within the memory device, within a waiting time of 10 ms to 5 seconds from the time when the position signal is transmitted from the marker 40. It can mean supplying to a user interface, linear accelerator or other device. In more specific applications, the positioning system generally provides the position of the marker 40 and / or the target 2 within a waiting time of about 20 to 50 ms. Accordingly, the positioning system 10 can apply more radiation dose to the target and reduce the side effects on healthy tissue, thus increasing the effectiveness of radiation therapy in a manner that is expected to increase Provide real-time tracking to monitor the position of the marker 40 and / or the target 2 with respect to a reference coordinate system.

或いは、実時間追跡はさらに、追跡誤差によって規定することができる。動くターゲットの位置の測定は、一般に追跡誤差と呼ばれる運動に起因する誤差を被る。本発明の態様によれば、位置決めシステム10及び少なくとも1つのマーカー40は、マシーン・アイソセンター又は他の外部基準座標系に関して、ターゲット2を臨床的に有意な限度内の追跡誤差での実時間追跡を可能にする。   Alternatively, real-time tracking can be further defined by tracking errors. The measurement of the position of a moving target suffers from an error due to motion, commonly referred to as tracking error. In accordance with aspects of the present invention, positioning system 10 and at least one marker 40 may track target 2 in real time with tracking error within clinically significant limits with respect to the machine isocenter or other external reference coordinate system. Enable.

追跡誤差は、任意の実際的測定システムが示す2つの限界、即ち(a)ターゲット位置が検出される時刻と位置測定値が利用可能になる時刻との間の待ち時間、及び(b)測定の周期性によるサンプリング遅れ、による。例えば、ターゲットが5cm/sで動き、測定システムが200msの待ち時間を有する場合には、位置測定値は1cmの誤差を有することになる。この例における誤差は、他の如何なる測定誤差にもよらず、待ち時間だけによるもので、単に、位置が検出された時刻と位置測定値が使用可能となる時刻との間にターゲットが動いたという事実による。この例示的な測定システムが、さらに200msのサンプリング周期(即ち、5Hzのサンプリング周波数)を有する場合には、平均追跡誤差は1.5cmで、最大追跡誤差は2cmに増加する。   Tracking error is the two limits that any practical measurement system exhibits: (a) the latency between the time the target position is detected and the time when the position measurement is available, and (b) the measurement Due to sampling delay due to periodicity. For example, if the target moves at 5 cm / s and the measurement system has a 200 ms latency, the position measurement will have a 1 cm error. The error in this example is not due to any other measurement error, but only due to the waiting time, simply that the target moved between the time when the position was detected and the time when the position measurement was available. It depends on the facts. If this exemplary measurement system further has a sampling period of 200 ms (ie, a sampling frequency of 5 Hz), the average tracking error is 1.5 cm and the maximum tracking error is increased to 2 cm.

実時間追跡システムが医療用途において有用であるためには、追跡誤差を臨床的に有意な限度内に抑えることが望ましい。例えば、放射線治療のために肺腫瘍の運動を追跡するシステムにおいては、追跡誤差を5mm以内に抑えることが望ましい。放射線治療のために他の臓器を追跡ときには、許容追跡誤差はもっと小さくなる可能性がある。本発明の態様によれば、実時間追跡は、臨床的に有意な限度内の追跡誤差を伴うターゲットの位置及び/又は回転の測定を意味する。   In order for a real-time tracking system to be useful in medical applications, it is desirable to keep tracking errors within clinically significant limits. For example, in a system that tracks lung tumor motion for radiotherapy, it is desirable to keep tracking errors within 5 mm. When tracking other organs for radiation therapy, the allowable tracking error may be much smaller. According to aspects of the present invention, real-time tracking refers to measurement of target position and / or rotation with tracking error within clinically significant limits.

ここで説明されているシステムは、ターゲットの位置、回転、及び運動を特徴付けるための登録点として役立つ1つ又はそれ以上のマーカーを用いる。本発明の態様によれば、マーカーはターゲットと実質的に固定した関係を有する。マーカーがターゲットと実質的に固定した関係をもたないとすれば、別の型の追跡誤差を被ることになる。このことは一般に、追跡誤差が臨床的に有意な限度内となり、従って、マーカーを、ターゲットの典型的な運動を表す組織又は骨の中に配置することができるようにするために、ターゲットに固定するか又はその十分近くに埋め込むことを必要とする。例えば、前立腺に関しては、ターゲットの運動を表す組織は、前立腺に極めて近接する又は隣接する組織を含むことになる。前立腺を含むターゲットに隣接する組織は、前立腺、腫瘍自体、又はターゲットから指定された動径距離内の組織を含む可能性がある。前立腺に関しては、ターゲットから5cmの動径距離にある組織の追跡が、ターゲットの運動に関して臨床的に有用な典型的運動を与えることになる。代替のターゲット位置追跡によれば、動径距離はより大きく又はより小さくすることができる。   The system described here uses one or more markers that serve as registration points to characterize the position, rotation, and movement of the target. According to an aspect of the invention, the marker has a substantially fixed relationship with the target. If the marker does not have a substantially fixed relationship with the target, it will incur another type of tracking error. This generally means that tracking errors are within clinically significant limits, and therefore the marker is fixed to the target so that it can be placed in the tissue or bone that represents the target's typical motion. Or need to embed close enough. For example, with respect to the prostate, the tissue representing the target motion will include tissue that is very close to or adjacent to the prostate. Tissue adjacent to the target including the prostate can include the prostate, the tumor itself, or tissue within a specified radial distance from the target. For the prostate, tracking tissue at a radial distance of 5 cm from the target will give a typical motion that is clinically useful with respect to the motion of the target. With alternative target position tracking, the radial distance can be larger or smaller.

本発明の態様によれば、マーカーの運動はターゲットの運動の代理となる。従って、マーカーは、追跡されるターゲットに直接相関して動くように配置される。追跡されるターゲットによって、ターゲットとマーカーの間の直接的相関は変化することになる。例えば、長骨内では、マーカーは、骨内のターゲットの運動に直接相関する運動を与えるように骨に沿った何所かに配置することができる。例えば、頭又は首の骨組織に実質的に応じて動く軟組織に関しては、マーカーは、ターゲットの運動と直接相関する代理運動を与えるように咬合ブロック内に配置することができる。軟組織に関して及び上に詳細に論じたように、マーカーは、ターゲット運動に直接的相関を有する代理を与える隣接する軟組織内に配置することができる。   According to an aspect of the invention, the movement of the marker is a surrogate for the movement of the target. Thus, the markers are arranged to move in direct correlation with the tracked target. Depending on the target being tracked, the direct correlation between the target and the marker will vary. For example, within a long bone, a marker can be placed somewhere along the bone to provide a motion that is directly correlated to the motion of the target within the bone. For example, for soft tissue that moves substantially in response to bone tissue in the head or neck, the marker can be placed in the occlusal block to provide a surrogate motion that directly correlates with the motion of the target. As discussed in detail with respect to soft tissue and above, the markers can be placed in adjacent soft tissue that provides a surrogate with a direct correlation to the target motion.

図4は、ターゲットの位置と状態をモニターするための実時間追跡の幾つかの態様と使用法を示すフロー図である。この実施形態においては、放射線治療のための統合された方法90は、多くの放射線画分にわたって放射線を患者に照射する計画を決定する放射線計画過程91を含む。放射線計画過程91は、普通、腫瘍又は他の型のターゲットの画像をX線、CT、MRI、又は超音波イメージングを用いて取得するイメージング段階を含む。画像は、マーカーの間の相対的距離、及びターゲットとマーカーの間の相対的位置を測定するためにヒトによって解析される。図5Aは、例えば、患者6、ターゲット2、及びマーカー40の断面を示すCT画像の表示である。図5Bを参照すると、CTスキャナの基準座標系RCTにおけるマーカー40の座標(x0、y0、z0)はオペレータによって決定されることができる。腫瘍の座標は、マーカーとターゲットの間のオフセットを確かめるために同じ仕方で決定することができる。 FIG. 4 is a flow diagram illustrating some aspects and usage of real-time tracking to monitor target position and status. In this embodiment, the integrated method 90 for radiation therapy includes a radiation planning process 91 that determines a plan for delivering radiation to the patient over a number of radiation fractions. Radiation planning process 91 typically includes an imaging stage in which an image of a tumor or other type of target is acquired using x-ray, CT, MRI, or ultrasound imaging. The image is analyzed by a human to measure the relative distance between the markers and the relative position between the target and the marker. FIG. 5A is a display of a CT image showing cross sections of the patient 6, the target 2, and the marker 40, for example. Referring to FIG. 5B, the coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) of the marker 40 in the reference coordinate system R CT of the CT scanner can be determined by the operator. Tumor coordinates can be determined in the same way to ascertain the offset between the marker and the target.

放射線計画過程91はまた、イメージング装置から離れた観察区域において位置決めシステム10(図3)を用いてターゲットを追跡することを含む。マーカー40(図3)は、ターゲットの形態(例えば、サイズ/形状)の時間経過による変化を識別するため、及び患者体内のターゲットの移動によって生じる軌跡を決定する(例えば、シミュレーション)ために追跡することができる。多くの治療計画のためには、コンピュータは、マーカー又はターゲットの位置に関する客観的出力データを実時間でユーザに供給する必要はなく、むしろデータは実時間で記録することができる。イメージング段階の間に得られる画像、及びシミュレーション過程において位置決めシステム10を用いてマーカーを追跡することによって得られる付加的データに基づいて、ターゲットに放射線を照射するための治療計画がつくられる。   The radiation planning process 91 also includes tracking the target using the positioning system 10 (FIG. 3) in an observation area remote from the imaging device. Marker 40 (FIG. 3) tracks to identify changes over time in target morphology (eg, size / shape) and to determine trajectories resulting from movement of the target within the patient (eg, simulation). be able to. For many treatment plans, the computer does not need to provide the user with objective output data regarding the location of the marker or target in real time, rather the data can be recorded in real time. Based on the images obtained during the imaging phase and the additional data obtained by tracking the markers using the positioning system 10 during the simulation process, a treatment plan for irradiating the target with radiation is created.

位置決めシステム10とマーカー40は、放射線照射のための自動的な患者位置設定過程を可能にする。治療計画の作成後、方法90は、ターゲットとマーカーがセンサ・アセンブリに一般に隣接するように、患者が可動支持台の上に配置される。前述のように、マーカーを励起するために励起源が始動され、センサがマーカーからの信号強度を測定する。次に、コンピュータ・コントローラは(a)マシーン・アイソセンターに対するマーカー及びターゲットの位置の客観的値を計算し、そして(b)ターゲットの位置とマシーン・アイソセンターの間の客観的オフセット値を決定する。図6を参照すると、例えば、客観的オフセット値は、マシーン・アイソセンターに対するターゲットの垂直方向、横方向、及び縦方向のオフセットを表示するユーザ・インタフェースに供給することができる。ユーザ・インタフェースは、さらに又はその代わりに、ターゲットの回転を表示することができる。   The positioning system 10 and the marker 40 allow an automatic patient positioning process for radiation exposure. After creation of the treatment plan, the method 90 places the patient on a movable support such that the target and marker are generally adjacent to the sensor assembly. As described above, the excitation source is activated to excite the marker and the sensor measures the signal intensity from the marker. The computer controller then (a) calculates an objective value for the marker and target position relative to the machine isocenter, and (b) determines an objective offset value between the target position and the machine isocenter. . Referring to FIG. 6, for example, an objective offset value can be provided to a user interface that displays the target's vertical, horizontal, and vertical offsets relative to the machine isocenter. The user interface may additionally or alternatively display the target rotation.

位置決めシステム10の幾つかの実施形態の1つの態様は、フィールド・センサ70によって受け取られるデータの人為的な解釈を用いずに、フィールド・センサ70からの位置データをコントローラ80又は他のコンピュータ内で処理することによって、客観的値がユーザ・インタフェース又は他のデバイスに供給されることである。オフセット値が許容範囲の外にある場合には、コンピュータは自動的に支持台の制御システムを起動して、ターゲット・アイソセンターがマシーン・アイソセンターに一致するまで、マシーン・アイソセンターに対してテーブル上面を移動させる。コンピュータ・コントローラは、一般に、オフセットの客観的出力データをテーブル・コントロール・システムに前に規定したように実時間で供給する。例えば、出力は放射線照射装置に供給されるので、高速(1−20ms)で短い待ち時間(10−20ms)とすることができる。出力データが支持台コントローラに加えて又はその代わりにユーザ・インタフェースに供給される場合には、比較的低速度(20−50ms)及び長い待ち時間(50−200ms)とすることができる。   One aspect of some embodiments of the positioning system 10 is that the position data from the field sensor 70 can be transmitted within the controller 80 or other computer without using an artificial interpretation of the data received by the field sensor 70. By processing, an objective value is provided to a user interface or other device. If the offset value is out of tolerance, the computer will automatically activate the support control system and table against the machine isocenter until the target isocenter matches the machine isocenter. Move the top surface. The computer controller typically supplies the objective output data of the offset in real time as previously defined to the table control system. For example, since the output is supplied to the radiation irradiation apparatus, the waiting time can be short (10-20 ms) at high speed (1-20 ms). If the output data is supplied to the user interface in addition to or instead of the support controller, it can be relatively slow (20-50 ms) and long latency (50-200 ms).

1つの実施形態において、コンピュータ・コントローラはまた、シミュレートされた位置と配向に相対的なマーカーの位置と配向を決定する。シミュレートされたマーカーの位置は、実際のマーカーがシミュレートされたマーカーの選択された位置となるときにターゲットがマシーン・アイソセンターにくるように、選択される。マーカーが、シミュレートされたマーカーに対して適切に位置及び配向の調整がされていない場合には、適切なマーカー位置調整に必要であるように支持台が調節される。このマーカー位置調整はターゲットを6つの次元、即ち、X、Y、Z、ピッチ、ヨー、及びロール、に関して、ターゲットを適切に配置する。従って、患者は自動的に、ターゲットへの放射線治療を正確に施すためのマシーン・アイソセンターに対する正しい位置及び回転位置に配置される。   In one embodiment, the computer controller also determines the marker position and orientation relative to the simulated position and orientation. The location of the simulated marker is selected so that the target is at the machine isocenter when the actual marker is the selected location of the simulated marker. If the marker is not properly positioned and oriented relative to the simulated marker, the support is adjusted as necessary for proper marker position adjustment. This marker positioning adjusts the target appropriately with respect to the six dimensions: X, Y, Z, pitch, yaw, and roll. Thus, the patient is automatically placed in the correct position and rotational position relative to the machine isocenter to accurately deliver radiation therapy to the target.

図4に戻って参照すると、方法90はさらに放射線照射期間93を含む。図7は、位置決めシステム10が放射線照射期間93の間にターゲットを追跡し、ターゲットとマシーン・アイソセンターの間のオフセットに応じて放射線照射装置20を制御する自動過程のさらに進んだ態様を示す。例えば、ターゲットの位置がマシーン・アイソセンターからの変位の許容できる程度又は範囲の外にある場合には、位置決めシステム10は放射線照射を中断する又はビームの初期作動を止めるための信号を送る。別の実施形態においては、位置決めシステム10は、自動的に台上面27及び患者6(一体として)を再配置して、放射線照射期間の間、ターゲットが動く場合にもターゲット・アイソセンターがマシーン・アイソセンターの望ましい範囲内とどまるようにする。さらに別の実施形態においては、位置決めシステム10は、ターゲットがマシーン・アイソセンターの望ましい範囲内にあるときにだけ、放射線を作動させる信号を送る(例えば、ゲート制御される治療)。肺内部のターゲットを治療する場合には、ゲート制御される治療の1つの実施形態は、吸気/呼気の間ターゲットを追跡するステップと、患者に彼/彼女の呼吸を吸気/呼気の1サイクルの終了状態に保持させるステップと、コンピュータ80がターゲットとマシーン・アイソセンターの間の客観的オフセット値が望ましい範囲内にあると判断したときにビーム21を作動させるステップとを含む。従って、位置決めシステムは、患者を照射している際に実時間での台27及び/又はビーム21の動的調節を可能にする。このことは、放射線がターゲットに正確に、ターゲットの周りに大きな治療マージンを必要とせずに、照射されることを確実にするものと期待される。   Referring back to FIG. 4, the method 90 further includes a radiation period 93. FIG. 7 shows a further advanced aspect of the automatic process in which the positioning system 10 tracks the target during the irradiation period 93 and controls the irradiation apparatus 20 in response to the offset between the target and the machine isocenter. For example, if the target position is outside an acceptable extent or range of displacement from the machine isocenter, the positioning system 10 sends a signal to interrupt radiation exposure or stop the initial operation of the beam. In another embodiment, the positioning system 10 automatically repositions the table top 27 and the patient 6 (as a whole) so that the target isocenter is machine-driven even when the target moves during the radiation period. Try to stay within the desired range of the isocenter. In yet another embodiment, the positioning system 10 sends a signal to activate radiation (eg, gated therapy) only when the target is within the desired range of the machine isocenter. When treating an intrapulmonary target, one embodiment of a gated treatment is to track the target during inspiration / expiration and to the patient for one cycle of inspiration / expiration to breathe his / her breath. And holding the beam 21 when the computer 80 determines that the objective offset value between the target and the machine isocenter is within a desired range. Thus, the positioning system allows dynamic adjustment of the platform 27 and / or the beam 21 in real time when irradiating the patient. This is expected to ensure that the radiation is delivered to the target accurately and without requiring a large treatment margin around the target.

位置決めシステムは、オフセット及び/又は回転の客観的データを線形加速器及び/又は患者支持台に、前に規定された実時間で供給する。例えば、位置設定過程92の間自動的に患者支持台の位置調整を行うステップに関して前述したように、位置決めシステムは一般に客観的出力を、マーカーの位置データを取得するのと少なくとも実質的に同時に、及び/又はターゲットを実時間で追跡するのに十分な頻度で、放射線照射装置に供給する。客観的出力は、例えば、短い周期(1−20ms)で短い待ち時間(10−20ms)で供給することができ、その結果、ビーム21を制御する信号を放射線照射期間の間放射線照射装置に対して同じ時間周期で供給することができる。実時間追跡の別の実施例においては、客観的出力はオン・ビーム期間中に複数回(例えば、ビーム放出中に、2回、5回、10回又はそれ以上の回数)供給することができる。放射線ビームを終了又は作動させる場合、又はビーム・コリメータの照準を調節する場合には、一般に更新速度を最大にし、待ち時間を最小にすることが望ましい。従って、幾つかの実施形態においては、位置決めシステムは、ターゲット位置及び/又はマーカー位置の客観的出力データを、10ms又はそれ以下の周期及び10ms又はそれ以下の待ち時間で供給することができる。   The positioning system supplies objective data of offset and / or rotation to the linear accelerator and / or patient support in real time as previously defined. For example, as described above with respect to the step of automatically positioning the patient support during the positioning process 92, the positioning system generally provides an objective output at least substantially simultaneously with acquiring the marker position data. And / or supplied to the irradiation apparatus at a frequency sufficient to track the target in real time. The objective output can be supplied, for example, with a short period (1-20 ms) and a short waiting time (10-20 ms), so that a signal for controlling the beam 21 is sent to the radiation irradiation device during the radiation period. Can be supplied at the same time period. In another embodiment of real-time tracking, the objective output can be provided multiple times during the on-beam period (eg, 2, 5, 10 or more times during beam emission). . When terminating or activating a radiation beam or adjusting the beam collimator aim, it is generally desirable to maximize the update rate and minimize latency. Thus, in some embodiments, the positioning system can provide objective output data of the target position and / or marker position with a period of 10 ms or less and a latency of 10 ms or less.

方法90はさらに、放射線照射期間93からの実時間客観的出力データを放射線ビームのパラメータの状態と比較する検証過程94を含む。例えば、放射線照射期間93の間、対応する時間間隔で、ターゲット位置をビーム強度、ビーム位置、及びコリメータの配置に相関させることができる。この相関は、ターゲット内又はその周囲の別々の領域へ照射する放射線量を決定するために用いることができる。この情報はまた、ターゲットの形態又はターゲットの軌跡における変化に注目することによって、ターゲットの特定の範囲に対する放射線照射の効果を判断するために用いることができる。   The method 90 further includes a verification process 94 that compares the real-time objective output data from the radiation exposure period 93 with the parameters of the radiation beam parameters. For example, the target position can be correlated to the beam intensity, beam position, and collimator placement at corresponding time intervals during the radiation exposure period 93. This correlation can be used to determine the amount of radiation to irradiate separate areas within or around the target. This information can also be used to determine the effect of radiation exposure on a specific area of the target by noting changes in target morphology or target trajectory.

方法90はさらに、検証過程94からのデータを治療が完了したかどうか判断するために解析する第1の判定(ブロック95)を含むことができる。治療が完了していない場合には、方法90はさらに、治療計画をターゲットの変化を補償するように修正すべきかどうかを判断するために、検証過程の結果を解析する第2の判定(ブロック95)を含む。修正が必要な場合には、方法は計画過程90を繰り返して進むことができる。反対に、治療計画が適切な結果をもたらしている場合には、方法90は、放射線治療の次の画分における位置設定過程92、放射線照射期間93、及び検証過程94を繰返すことによって進むことができる。   The method 90 may further include a first determination (block 95) that analyzes the data from the validation process 94 to determine whether the treatment is complete. If the treatment is not complete, the method 90 further includes a second decision that analyzes the results of the validation process to determine whether the treatment plan should be modified to compensate for the target change (block 95). )including. If correction is required, the method can proceed by repeating the planning process 90. Conversely, if the treatment plan has yielded adequate results, the method 90 may proceed by repeating the positioning process 92, the irradiation period 93, and the verification process 94 in the next fraction of radiation therapy. it can.

位置決めシステム10は、個々に又は組合せによって、厳格なマージン内でターゲットに高い放射線量を正確に照射する機能を増強する幾つかの特徴を有する。例えば、位置決めシステムの多くの実施形態には、患者体内に埋め込まれて実質的にターゲットに固定される無鉛マーカーが用いられる。従って、マーカーは直接ターゲットと共に、又はターゲットの移動に比例して、移動する。その結果、治療過程の前、進行中、及び後で、呼吸、臓器充満、心臓機能又は他の要因によるターゲットの内部移動を識別し正確に追跡することができる。さらに、位置決めシステム10の多くの態様においては、客観的出力を供給する様式で、無鉛マーカーを外部絶対基準座標系において追跡するために非イオン化エネルギーが用いられる。一般に客観的出力は、位置決めシステム10がターゲットを追跡して客観的出力を供給する間に、人為的解釈データ(例えば、画像)を有することなしにコンピュータ・システム内で決定される。このことは、マーカーの位置が検出される時刻と客観的出力がデバイス又はユーザに供給される時刻との間の待ち時間を相当に低減する。例えば、このことは、ターゲットの位置に対応する客観的出力が、マーカーの位置データの収集と少なくとも実質的に同時に供給されることを可能にする。システムはまた、データの主観的な解釈に関連するユーザ間のばらつきを事実上排除する。   The positioning system 10 has several features that, individually or in combination, enhance the ability to accurately deliver a high dose of radiation to the target within a tight margin. For example, many embodiments of the positioning system use lead-free markers that are implanted within the patient and substantially secured to the target. Thus, the marker moves directly with the target or in proportion to the movement of the target. As a result, internal movement of the target due to breathing, organ fullness, cardiac function or other factors can be identified and accurately tracked before, during and after the course of treatment. Further, in many aspects of the positioning system 10, non-ionized energy is used to track lead-free markers in an external absolute reference coordinate system in a manner that provides an objective output. In general, the objective output is determined within the computer system without having any artificial interpretation data (eg, images) while the positioning system 10 tracks the target and provides the objective output. This significantly reduces the waiting time between the time when the marker position is detected and the time when the objective output is supplied to the device or user. For example, this allows an objective output corresponding to the target position to be provided at least substantially simultaneously with the collection of marker position data. The system also virtually eliminates user-to-user variability associated with subjective interpretation of data.

D. マーカー及び位置決めシステムの特定の実施形態
マーカー、励起源、センサ及びコントローラの以下の特定の実施形態は、図1−図7を参照して前述されたシステム及び方法を実施するための付加的な詳細を与える。本発明者は、マーカーと、(a)無線伝達された励起エネルギーに応答して無線伝達される位置信号を生成し、(b)肺、前立腺、又は患者の他の部分の中に埋め込まれるように十分に小さな断面積を有するマーカーの位置を、正確に決定する位置決めシステムと、を開発するために多くの問題を克服した。これらの特性をもつシステムは、(a)イオン化放射線を必要としないこと、(b)マーカーとセンサの間の照準線を必要としないこと、及び(c)ターゲットの位置及び/又は回転の客観的測定値をもたらすこと、を含む幾つかの実際的な利点を有する。以下の特定の実施形態は、当業者が、患者体内の腫瘍に関連する放射線治療のためのそのような位置決めシステムを製造し使用することができるように、十分に詳しく説明されるが、しかし、本発明は、マーカー、励起源、センサ・アセンブリ及び/又はコントローラの以下の実施形態に限定はされない。
D. Specific Embodiments of Markers and Positioning Systems The following specific embodiments of markers, excitation sources, sensors and controllers are additional details for implementing the systems and methods described above with reference to FIGS. give. The inventor generates a marker and (a) a wirelessly transmitted position signal in response to the wirelessly transmitted excitation energy, and (b) is embedded in the lung, prostate, or other part of the patient. Many problems have been overcome to develop a positioning system that accurately determines the position of a marker having a sufficiently small cross-sectional area. A system with these characteristics is: (a) no need for ionizing radiation; (b) no need for a line of sight between the marker and sensor; and (c) an objective of target position and / or rotation. There are several practical advantages including providing measurements. The following specific embodiments are described in sufficient detail so that one of ordinary skill in the art can make and use such a positioning system for radiation therapy associated with a tumor in a patient body, however, The present invention is not limited to the following embodiments of markers, excitation sources, sensor assemblies and / or controllers.

1. マーカー
図8Aは、位置決めシステム10(図1−図7)と共に用いるマーカー100の等角図である。図8Aに示されるマーカー100の実施形態は、ケーシング110、及びケーシング110内の磁気トランスポンダ120(例えば、共振回路)を含む。ケーシング110は、患者体内に埋込まれるか、又は器具本体内に挿入される形態にされた防壁である。或いは、ケーシング110は患者の皮膚に外側から接着するような形態とすることができる。ケーシング110は、気管支鏡又は経皮経胸腔注入物などの小さな注入器具の孔内にフィットするサイズにした一般に円筒状のカプセルとすることができるが、しかしケーシング110は他の形態をもち、より大きく又はより小さくすることもできる。例えば、ケーシング110は、ケーシング110を柔組織に固定するためのかかり又は他の機構を有するか、或いは、患者の皮膚に外からケーシング110を取付けるための接着剤を有することができる。マーカー100を患者に固定するのに適切な固定機構は、引用によりここに組み入れられる、米国を指定国とする国際公開公報第WO 02/39917 A1号に開示されている。1つの実施形態においては、ケーシング110は(a)閉鎖端114及び開放端116を有するカプセル又はシェル112、及び(b)シェル112の開放端116における密封材118を含む。ケーシング110と密封材118は、プラスティック、セラミックス、ガラス、又は他の適切な生体適合性材料から作ることができる。
1. Marker FIG. 8A is an isometric view of marker 100 for use with positioning system 10 (FIGS. 1-7). The embodiment of the marker 100 shown in FIG. 8A includes a casing 110 and a magnetic transponder 120 (eg, a resonant circuit) within the casing 110. The casing 110 is a barrier that is configured to be embedded in a patient or inserted into the instrument body. Alternatively, the casing 110 can be configured to adhere to the patient's skin from the outside. The casing 110 may be a generally cylindrical capsule sized to fit within the hole of a small infusion device such as a bronchoscope or a percutaneous transthoracic infusion, but the casing 110 may have other configurations and more It can also be larger or smaller. For example, the casing 110 may have barbs or other mechanisms for securing the casing 110 to soft tissue, or may have an adhesive for attaching the casing 110 to the patient's skin from the outside. A suitable securing mechanism for securing the marker 100 to a patient is disclosed in International Publication No. WO 02/39917 A1, US-designated country, incorporated herein by reference. In one embodiment, the casing 110 includes (a) a capsule or shell 112 having a closed end 114 and an open end 116, and (b) a sealant 118 at the open end 116 of the shell 112. Casing 110 and sealant 118 can be made from plastic, ceramics, glass, or other suitable biocompatible material.

磁気トランスポンダ120は、前述のように、無線で伝達された励起場に応答して位置信号を無線で伝達する共振回路を含むことができる。この実施形態においては、磁気トランスポンダ120は導電体124の複数の巻き線によって規定されるコイル122を備える。磁気トランスポンダ120の多くの実施形態はまた、コイル122に結合したコンデンサ126を含む。コイル122は選択された共振周波数で共振する。コイル122は、コンデンサなしに巻き線の寄生容量を用いるだけの共振周波数で共振することができる、或いは、共振周波数はコイル122とコンデンサ126の組み合わせを用いて生成することができる。それゆえコイル122は、励起エネルギーに応答して、それ自体で又はコンデンサ126との組合せによって選択された共振周波数の交流磁場を生成する。示される実施形態の導電体124は、約45−52のゲージを有する熱風又はアルコールで接合されたワイヤとすることができる。コイル122は800−1000の巻き数をもつことができ、巻き線は堅い積層コイル状に巻くことが好ましい。磁気トランスポンダ120は、適切な透磁率をもつ材料から構成されるコア128をさらに含むことができる。例えば、コア128はフェライト又は別の材料から構成される強磁性要素とすることができる。磁気トランスポンダ120は、接着剤129によってケーシング110に固定することができる。   As described above, the magnetic transponder 120 may include a resonance circuit that wirelessly transmits a position signal in response to the wirelessly transmitted excitation field. In this embodiment, the magnetic transponder 120 includes a coil 122 defined by a plurality of windings of a conductor 124. Many embodiments of the magnetic transponder 120 also include a capacitor 126 coupled to the coil 122. The coil 122 resonates at the selected resonance frequency. The coil 122 can resonate at a resonant frequency that simply uses the parasitic capacitance of the winding without a capacitor, or the resonant frequency can be generated using a combination of the coil 122 and the capacitor 126. Thus, the coil 122 generates an alternating magnetic field at the selected resonant frequency in response to the excitation energy, either by itself or in combination with the capacitor 126. The conductor 124 in the illustrated embodiment may be a hot air or alcohol bonded wire having a gauge of about 45-52. The coil 122 can have a winding number of 800-1000, and the winding is preferably wound into a rigid laminated coil. The magnetic transponder 120 can further include a core 128 composed of a material with suitable magnetic permeability. For example, the core 128 can be a ferromagnetic element composed of ferrite or another material. The magnetic transponder 120 can be fixed to the casing 110 with an adhesive 129.

マーカー100はまた、放射線写真画像内でマーカーをよりよく識別できるようにするために、放射線写真画像の画質を向上させるイメージング素子を含む。イメージング素子はまた、マーカーが磁気トランスポンダ120の磁気的図心に少なくとも近似的に一致する放射線写真図心を有するように、放射線写真画像内の放射線写真プロフィルを有する。以下でより詳しく説明するように、放射線写真図心と磁気的図心は互いに正確に一致する必要はないが、むしろ許容範囲内にすることができる。   The marker 100 also includes an imaging element that improves the quality of the radiographic image so that the marker can be better identified in the radiographic image. The imaging element also has a radiographic profile within the radiographic image such that the marker has a radiographic centroid that at least approximately matches the magnetic centroid of the magnetic transponder 120. As will be explained in more detail below, the radiographic and magnetic centroids do not have to coincide exactly with each other, but rather can be within acceptable limits.

図8Bは、本発明の一実施形態によるイメージング素子130を示す図8Aの線8B−8Bに沿った、マーカー100の断面図である。図8A−図8Bに示されるイメージング素子130は、第1のコントラスト素子132と第2のコントラスト素子134を含む。第1及び第2コントラスト素子132及び134は、一般に、マーカー100が磁気トランスポンダ120の磁気的図心Mcと少なくとも実質的に一致する放射線写真図心Rcを有するように、磁気トランスポンダ120に対して配置される。例えば、イメージング素子130が2つのコントラスト素子を含むときは、コントラスト素子は磁気トランスポンダ120に対して、及び/又は相互に、対称的に配置することができる。コントラスト素子はまた、磁気トランスポンダ120から放射線写真内で識別することができる。そのような実施形態において、別個のコントラスト素子の対称的な配置は、放射線写真画像内でマーカー100の放射線写真図心を正確に決定する機能を向上させる。 FIG. 8B is a cross-sectional view of the marker 100 taken along line 8B-8B of FIG. 8A illustrating the imaging element 130 according to one embodiment of the present invention. The imaging element 130 shown in FIGS. 8A-8B includes a first contrast element 132 and a second contrast element 134. The first and second contrast elements 132 and 134 are generally relative to the magnetic transponder 120 such that the marker 100 has a radiographic centroid R c at least substantially coincident with the magnetic centroid M c of the magnetic transponder 120. Arranged. For example, when the imaging element 130 includes two contrast elements, the contrast elements can be arranged symmetrically with respect to the magnetic transponder 120 and / or with respect to each other. The contrast element can also be identified in the radiograph from the magnetic transponder 120. In such embodiments, the symmetrical arrangement of separate contrast elements improves the ability to accurately determine the radiographic centroid of marker 100 within the radiographic image.

図8A−図8Bに示される第1及び第2コントラスト素子132と134は、コア128の対向する端部に配置される連続的なリングである。第1コントラスト素子132は、コア128の第1の端部136aに又はその周囲に配置することができ、第2コントラスト素子134は、コア128の第2の端部136bに又はその周囲に配置することができる。図8A−図8Bに示される連続リングは、実質的に同じ直径及び厚さを有する。しかし、他の実施形態においては、第1及び第2コントラスト素子132と134は、他の形態をもつこと、及び/又はコア128に対して他の位置に配置することができる。例えば、第1及び第2コントラスト素子132と134は、異なる直径及び/又は厚さを有するリングとすることができる。   The first and second contrast elements 132 and 134 shown in FIGS. 8A-8B are continuous rings disposed at opposite ends of the core 128. The first contrast element 132 can be located at or around the first end 136a of the core 128, and the second contrast element 134 can be located at or around the second end 136b of the core 128. be able to. The continuous rings shown in FIGS. 8A-8B have substantially the same diameter and thickness. However, in other embodiments, the first and second contrast elements 132 and 134 can have other configurations and / or be located at other locations relative to the core 128. For example, the first and second contrast elements 132 and 134 can be rings having different diameters and / or thicknesses.

イメージング素子130によって生成される画像の放射線写真図心は、磁気的図心Mcと完全に一致する必要はなく、むしろ放射線写真図心と磁気的図心は許容範囲内で一致するべきである。例えば、放射線写真図心Rcは、図心間のオフセットが約5mmより小さいとき、磁気的図心Mcと少なくとも近似的に一致すると見なすことができる。より厳格な用途においては、磁気的図心Mcと放射線写真図心Rcは、図心間のオフセットが2mm、或いは1mmより小さいとき、互いに少なくとも実質的に一致すると見なされる。他の用途においては、磁気的図心Mcは、磁気トランスポンダ120及び/又はマーカー100の長さの半分より小さな距離だけ図心が離れているとき、少なくとも近似的に放射線写真図心と一致する。 Radiographic centroid of the image generated by the imaging element 130 need not exactly match the magnetically centroid M c, should rather radiographic centroid magnetically centroid is coincident with the allowable range . For example, the radiographic centroid R c can be considered at least approximately coincident with the magnetic centroid M c when the offset between the centroids is less than about 5 mm. In more stringent applications, the magnetic centroid M c and the radiographic centroid R c are considered at least substantially coincident with each other when the offset between the centroids is less than 2 mm or 1 mm. In other applications, the magnetic centroid Mc is at least approximately coincident with the radiographic centroid when the centroids are separated by a distance less than half the length of the magnetic transponder 120 and / or the marker 100. .

イメージング素子130は、放射線写真画像を生成するのに用いられる放射線ビームの入射光子を高い割合で吸収する材料で作り、それに適した形態とすることができる。例えば、画像形成放射線がメガボルト範囲の高加速電圧を有するとき、イメージング素子130は、結果として得られる放射線写真内で認識可能となるようにイメージング素子に入射する光子フルエンスを十分に吸収するために、少なくとも部分的に、十分な厚さと断面積をもつ高密度材料で作ることができる。治療に用いられる多くの高エネルギー・ビームは、6MV−25MVの加速電圧を有し、これらのビームは多くの場合、5MV−10MVの範囲内、より特定的には6MV−8MVの範囲内で、放射線写真画像を生成するのに用いられる。従って、イメージング素子130は、5MV−10MVの加速電圧、より特定的には6MV−8MVの加速電圧を有するビームを用いて生成される画像内で認識可能となるように入射光子フルエンスを十分に吸収する材料から作ることができる。   The imaging element 130 can be made of a material that absorbs a high percentage of incident photons of a radiation beam used to generate a radiographic image and can have a suitable form. For example, when the imaging radiation has a high acceleration voltage in the megavolt range, the imaging element 130 will sufficiently absorb photon fluence incident on the imaging element so that it can be recognized in the resulting radiograph. At least partially, it can be made of a high density material with sufficient thickness and cross-sectional area. Many high energy beams used for therapy have an acceleration voltage of 6MV-25MV, and these beams are often in the range of 5MV-10MV, more specifically in the range of 6MV-8MV, Used to generate radiographic images. Accordingly, the imaging element 130 sufficiently absorbs the incident photon fluence so that it can be recognized in an image generated using a beam having an acceleration voltage of 5 MV-10 MV, and more specifically 6 MV-8 MV. Can be made from the material you want.

イメージング素子130の幾つかの特定的な実施形態は、金、タングステン、白金、及び/又は他の高密度金属から作ることができる。これらの実施形態において、イメージング素子130は、19.25g/cm3の密度(タングステンの密度)及び/又は約21.4g/cm3の密度(白金の密度)を有する材料から構成することができる。従って、イメージング素子130の多くの実施形態は、19g/cm3以上の密度を有する。しかし他の実施形態においては、イメージング素子130の材料は、実質的により低い密度を有することができる。例えば、低密度材料を有するイメージング素子は、放射線写真画像を生成するのに低エネルギー放射線を用いる用途に適している。さらに、第1及び第2コントラスト素子132及び134は、第1コントラスト素子132は第1の材料から作ることができ、第2コントラスト素子134は第2の材料から作ることができる、というように異なる材料から構成することができる。 Some specific embodiments of the imaging element 130 can be made from gold, tungsten, platinum, and / or other high density metals. In these embodiments, the imaging element 130 may be composed of a material having a density of 19.25 g / cm 3 (tungsten density) and / or a density of about 21.4 g / cm 3 (platinum density). Accordingly, many embodiments of the imaging element 130 have a density of 19 g / cm 3 or greater. However, in other embodiments, the material of the imaging element 130 can have a substantially lower density. For example, imaging elements having low density materials are suitable for applications that use low energy radiation to generate radiographic images. Further, the first and second contrast elements 132 and 134 are different, such that the first contrast element 132 can be made from a first material and the second contrast element 134 can be made from a second material. It can consist of materials.

図8Bを参照すると、マーカー100はさらに、コア128の、コンデンサ126とは反対側の端部にモジュール140を含むことができる。図8Bに示されるマーカー100の実施形態においては、モジュール140は、放射線写真画像の対称性を高めるためにコンデンサ126に対して対称的に配置される。第1及び第2コントラスト素子132と134の場合と同様に、モジュール140とコンデンサ126は、マーカーの磁気的図心が、マーカー100の放射線写真図心と、少なくとも近似的に一致するように配置される。モジュール140は、コンデンサ126と同一の別のコンデンサとすることができ、或いは、モジュール140は電気的不活性素子とすることができる。適切な電気的不活性モジュールは、コンデンサ126と同じ形状をもち、コイル122、コア128、及びイメージング素子130に対して互いに対称的になるように配置されたセラミック・ブロックを含む。さらに他の実施形態においては、モジュール140は、磁気トランスポンダ120に電気的に結合した異なる型の電気的活性素子とすることができる。   Referring to FIG. 8B, the marker 100 can further include a module 140 at the end of the core 128 opposite the capacitor 126. In the embodiment of the marker 100 shown in FIG. 8B, the module 140 is placed symmetrically with respect to the capacitor 126 to increase the symmetry of the radiographic image. As with the first and second contrast elements 132 and 134, the module 140 and capacitor 126 are arranged so that the magnetic centroid of the marker is at least approximately coincident with the radiographic centroid of the marker 100. The Module 140 can be another capacitor identical to capacitor 126, or module 140 can be an electrically inactive element. A suitable electrically inert module includes a ceramic block having the same shape as the capacitor 126 and arranged symmetrically with respect to the coil 122, core 128, and imaging element 130. In still other embodiments, the module 140 can be a different type of electroactive element that is electrically coupled to the magnetic transponder 120.

マーカーを用いる1つの具体的な過程は、第1の様式を用いてマーカーの画像を形成するステップと、次に第2の様式を用いて患者のターゲット及び/又はマーカーを追跡するステップを含む。例えば、ターゲットに対するマーカーの位置は、放射線を用いてマーカーとターゲットの画像を形成することによって決めることができる。マーカー及び/又はターゲットは、次に、励起エネルギーに応答してマーカーが生成する磁場を用いて、位置決定し、追跡することができる。   One specific process using a marker includes forming an image of the marker using a first modality and then tracking the patient's target and / or marker using a second modality. For example, the position of the marker relative to the target can be determined by forming an image of the marker and target using radiation. The marker and / or target can then be located and tracked using the magnetic field generated by the marker in response to the excitation energy.

図8A−図8Bに示されるマーカー100は、マーカーと患者のターゲットの間の相対的位置をより正確に決定するために、通常の磁気マーカーに比べて画質の向上した放射線写真画像を生成すると期待される。例えば、図8Cはマーカー100と患者のターゲットTの放射線写真画像150を示す。第1及び第2コントラスト素子132と134は、磁気トランスポンダ120の構成部品よりも高密度の材料から構成することができるので、放射線写真画像内ではより明瞭となること期待される。第1及び第2コントラスト素子132と134は、従って、磁気トランスポンダ120の構成部品が画像内で識別可能である用途においては、亜鈴形の球状端部のように見えることが可能である。特定のメガボルトの用途においては、磁気トランスポンダ120の構成部品は放射線写真画像150上には全く現れず、第1及び第2コントラスト素子132と134は、互いに離れた別個の領域として現れることになる。いずれの実施形態においても、第1及び第2コントラスト素子132と134は、マーカー100の放射線写真図心Rcを画像150内で位置決めする基準座標軸を与える。さらに、イメージング素子130は、放射線写真図心Rcが少なくとも近似的に磁気的図心Mcと一致するように配置されているので、ターゲットTと磁気的図心Mcの間の相対的なオフセット又は位置は、マーカーを用いて正確に決めることができる。従って、図8A−図8Cに示されるマーカー100の実施形態は、放射線写真画像内で放射線写真画像図心及び磁気的図心の不正確な見積もりによる誤差を減ずることが期待される。 The marker 100 shown in FIGS. 8A-8B is expected to produce radiographic images with improved image quality compared to conventional magnetic markers to more accurately determine the relative position between the marker and the patient's target. Is done. For example, FIG. 8C shows a radiographic image 150 of the marker 100 and the target T of the patient. Because the first and second contrast elements 132 and 134 can be constructed from a material that is denser than the components of the magnetic transponder 120, it is expected to be clearer in the radiographic image. The first and second contrast elements 132 and 134 can thus look like dumbbell shaped spherical ends in applications where the components of the magnetic transponder 120 are identifiable in the image. In certain megavolt applications, the components of the magnetic transponder 120 do not appear at all on the radiographic image 150, and the first and second contrast elements 132 and 134 will appear as separate areas that are separate from one another. In either embodiment, the first and second contrast elements 132 and 134 provide a reference coordinate axis that positions the radiographic centroid R c of the marker 100 within the image 150. Furthermore, the imaging element 130, since the radiographic centroid R c are arranged to coincide with at least approximately magnetically centroid M c, relative between the target T and the magnetic centroid M c The offset or position can be accurately determined using a marker. Thus, the embodiment of the marker 100 shown in FIGS. 8A-8C is expected to reduce errors due to inaccurate estimates of the radiographic image centroid and the magnetic centroid within the radiographic image.

図9Aは,内部の構成要素を示すための切取り部分を有する、マーカー200の等角図であり、図9Bは、図9Aの線9B−9Bに沿って描かれたマーカー200の断面図である。マーカー200は上で図8Aに示されたマーカー100に類似し、従って、類似の参照番号は類似の構成要素を表す。マーカー200は、単一のコントラスト素子によって規定されるイメージング素子230を含む点で、マーカー100とは異なる。イメージング素子230は一般に、マーカー200の放射線写真図心が少なくとも近似的に磁気トランスポンダ120の磁気的図心と一致するように、磁気トランスポンダ120に対して配置される。イメージング素子230は、より具体的には、磁気トランスポンダ120の中央領域にあってコイル122の周りに伸びるリングである。イメージング素子230は、図8A−図8Bのイメージング素子130に関して前述されたのと同じ材料で構成することができる。イメージング素子230は、コイル122の外径に近似的に等しい内径と、ケーシング110内に入る外径を有することができる。しかし、図9Bに示されるように、スペーサ231を、イメージング素子230の内径とコイル122の外径の間に入れることができる。   FIG. 9A is an isometric view of the marker 200 having a cut-out portion to show internal components, and FIG. 9B is a cross-sectional view of the marker 200 taken along line 9B-9B of FIG. 9A. . The marker 200 is similar to the marker 100 shown above in FIG. 8A, and therefore similar reference numbers represent similar components. Marker 200 differs from marker 100 in that it includes an imaging element 230 defined by a single contrast element. The imaging element 230 is generally positioned relative to the magnetic transponder 120 such that the radiographic centroid of the marker 200 is at least approximately coincident with the magnetic centroid of the magnetic transponder 120. More specifically, the imaging element 230 is a ring that extends around the coil 122 in the central region of the magnetic transponder 120. The imaging element 230 can be composed of the same materials described above with respect to the imaging element 130 of FIGS. 8A-8B. The imaging element 230 can have an inner diameter that is approximately equal to the outer diameter of the coil 122 and an outer diameter that enters the casing 110. However, as shown in FIG. 9B, the spacer 231 can be placed between the inner diameter of the imaging element 230 and the outer diameter of the coil 122.

マーカー200は前述のマーカー100と同様に機能することが期待される。しかし、マーカー200は放射線写真画像内に2つの別個の離れた点をもたらす2つの離れたコントラスト素子をもたない。それでもなおイメージング素子230は、放射線写真画像内でマーカー200の放射線写真図心を識別すること、及び、マーカー200の放射線写真図心が、少なくとも近似的に、磁気トランスポンダ120の磁気的図心に一致するように配置することができることによって大いに有用である。   The marker 200 is expected to function in the same manner as the marker 100 described above. However, the marker 200 does not have two separate contrast elements that provide two separate remote points in the radiographic image. The imaging element 230 nevertheless identifies the radiographic centroid of the marker 200 in the radiographic image and the radiographic centroid of the marker 200 at least approximately matches the magnetic centroid of the magnetic transponder 120. It is much more useful by being able to be arranged.

図10Aは、切取り部分を有するマーカー300の等角図であり、図10Bは、図10Aの線10B−10Bに沿って描かれたマーカー300の断面図である。マーカー300は、図9A−図9Bに示されたマーカー200に実質的に類似し、従って、図8A−図10Bにおいて、類似の参照番号は類似の構成要素を表す。イメージング素子330は、マーカー300の放射線写真図心が、少なくとも近似的に磁気トランスポンダ120の磁気的図心に一致するように、磁気トランスポンダ120に対して配置される高密度リングとすることができる。マーカー300は、より具体的には、ケーシング110の周りのイメージング素子330を含む。マーカー300は、図9A−図9Bに示されたマーカー200と非常に類似した様式で機能することが期待される。   FIG. 10A is an isometric view of marker 300 having a cut-out portion, and FIG. 10B is a cross-sectional view of marker 300 taken along line 10B-10B in FIG. 10A. The marker 300 is substantially similar to the marker 200 shown in FIGS. 9A-9B, and therefore similar reference numerals represent similar components in FIGS. 8A-10B. The imaging element 330 can be a high density ring disposed relative to the magnetic transponder 120 such that the radiographic centroid of the marker 300 at least approximately matches the magnetic centroid of the magnetic transponder 120. The marker 300 more specifically includes an imaging element 330 around the casing 110. The marker 300 is expected to function in a manner very similar to the marker 200 shown in FIGS. 9A-9B.

図11は、本発明の別の実施形態による、マーカー400を示す、切取り部分を有する等角図である。マーカー400は、図8A−図8Cに示されたマーカー100に類似し、従って、これらの図において類似の参照番号は類似の構成要素を表す。マーカー400は、磁気トランスポンダ120の一方の端部に第1のコントラスト素子432、及び磁気トランスポンダ120の別の端部に第2のコントラスト素子434を含むイメージング素子430を有する。第1及び第2コントラスト素子432と434は、適切な高密度材料から構成される球である。コントラスト素子432と434は、例えば、金、タングステン、白金、又は、放射線写真画像形成に用いるのに適切な他の高密度材料で構成することができる。マーカー400は、前述のマーカー100と類似した様式で機能することが期待される。   FIG. 11 is an isometric view with a cut-away portion showing a marker 400 according to another embodiment of the present invention. The marker 400 is similar to the marker 100 shown in FIGS. 8A-8C, and therefore similar reference numbers represent similar components in these figures. The marker 400 has an imaging element 430 that includes a first contrast element 432 at one end of the magnetic transponder 120 and a second contrast element 434 at the other end of the magnetic transponder 120. The first and second contrast elements 432 and 434 are spheres composed of suitable high density materials. Contrast elements 432 and 434 can be composed of, for example, gold, tungsten, platinum, or other high density materials suitable for use in radiographic imaging. The marker 400 is expected to function in a manner similar to the marker 100 described above.

図12は、本発明のさらに別の実施形態による、マーカー500の切取り部分を有する等角図である。マーカー500は、図8A及び図11に示されたマーカー100及び400に実質的に類似し、従って、これらの図において類似の参照番号は類似の構成要素を表す。マーカー500は、第1のコントラスト素子532と第2のコントラスト素子534を含むイメージング素子530を有する。第1及び第2コントラスト素子532と534は、磁気トランスポンダ120の対向する端部の近傍に配置することができる。第1及び第2コントラスト素子532と534は、渦電流を減ずるためのギャップ535をもつ不連続なリングとすることができる。コントラスト素子532と534は、本発明の他の実施形態による他のイメージング素子のコントラスト素子に関して前述されたのと同じ材料で構成することができる。   FIG. 12 is an isometric view with a cut-out portion of the marker 500 according to yet another embodiment of the present invention. The marker 500 is substantially similar to the markers 100 and 400 shown in FIGS. 8A and 11, and thus similar reference numbers represent similar components in these figures. The marker 500 has an imaging element 530 that includes a first contrast element 532 and a second contrast element 534. The first and second contrast elements 532 and 534 can be disposed near the opposing ends of the magnetic transponder 120. The first and second contrast elements 532 and 534 can be discontinuous rings with gaps 535 for reducing eddy currents. Contrast elements 532 and 534 can be composed of the same materials as described above for the contrast elements of other imaging elements according to other embodiments of the present invention.

本発明によるマーカーの付加的な実施形態は、ケーシング110、磁気トランスポンダ120のコア128(図8B)、及び/又はケーシング内の接着剤129(図8B)に組み込まれるか、さもなければ、それらと統合されるイメージング素子を含むことができる。例えば、高密度材料の粒子をフェライトと混合し、コア128を形成するように押出し成形することができる。代替の実施形態においては、高密度材料の粒子をガラス又は他の材料と混合してケーシング110を形成するか、或いはケーシング110を高密度材料でコートすることができる。さらに他の実施形態においては、高密度材料を接着剤129と混合し、ケーシング110に射出成形することができる。これらの実施形態のいずれにおいても、高密度材料をケーシング110、コア128及び/又は接着剤129の組み合せの中に組み込むことができる。適切な高密度材料は、前述のように、タングステン、金及び/又は白金を含むことができる。   Additional embodiments of markers according to the present invention may be incorporated into the casing 110, the core 128 of the magnetic transponder 120 (FIG. 8B), and / or the adhesive 129 in the casing (FIG. 8B), or otherwise with them. An integrated imaging element can be included. For example, particles of high density material can be mixed with ferrite and extruded to form the core 128. In alternative embodiments, particles of high density material can be mixed with glass or other material to form casing 110, or casing 110 can be coated with high density material. In yet another embodiment, the high density material can be mixed with the adhesive 129 and injection molded into the casing 110. In any of these embodiments, the high density material can be incorporated into the combination of casing 110, core 128 and / or adhesive 129. Suitable high density materials can include tungsten, gold and / or platinum as described above.

図8A−図12を参照して前述されたマーカーは、位置決めシステム10(図1−図7)内のマーカー40に用いることができる。位置決めシステム10は、同じ型のイメージング素子をもつ幾つかのマーカーを有することができ、或いは、異なるイメージング素子をもつマーカーを同じ装置と共に用いることができる。これらのマーカーの幾つかの付加的な詳細、及びマーカーの他の実施形態は、引用によりここに組み入れられる米国特許出願第10/334,698号及び第10/746,888号に記載されている。例えば、マーカーは、低エネルギー放射線の用途のためには、如何なるイメージング素子も含まなくともよく、或いは、米国特許出願第10/334,698号に開示されているように、マーカーは、MRIイメージングに関する問題を減ずるために、フェライト及び金属の低減された体積を有することができる。   The markers described above with reference to FIGS. 8A-12 can be used for the markers 40 in the positioning system 10 (FIGS. 1-7). The positioning system 10 can have several markers with the same type of imaging element, or markers with different imaging elements can be used with the same device. Some additional details of these markers, and other embodiments of markers, are described in US patent application Ser. Nos. 10 / 334,698 and 10 / 746,888, incorporated herein by reference. . For example, the marker may not include any imaging element for low energy radiation applications, or the marker may relate to MRI imaging, as disclosed in US patent application Ser. No. 10 / 334,698. To reduce the problem, it can have a reduced volume of ferrite and metal.

2. 位置決めシステム
図13は、基準座標系に関するマーカー40(図式的に示される)の絶対位置を決めるための位置決めシステム1000の略ブロック図である。位置決めシステム1000は、励起源1010、センサ・アセンブリ1012、センサ・アセンブリ1012と動作可能なように結合する信号プロセッサ1014、及び、励起源1012及び信号プロセッサ1014と動作可能なように結合するコントローラ1016を含む。励起源1010は、図3を参照して前述された励起源60の1つの実施形態であり、センサ・アセンブリ1012は、図3を参照して前述されたセンサ・アセンブリ70の1つの実施形態であり、コントローラ1016は、図3を参照して前述されたコントローラ80の1つの実施形態である。
2. Positioning System FIG. 13 is a schematic block diagram of a positioning system 1000 for determining the absolute position of a marker 40 (shown schematically) with respect to a reference coordinate system. Positioning system 1000 includes an excitation source 1010, a sensor assembly 1012, a signal processor 1014 operably coupled to sensor assembly 1012, and a controller 1016 operably coupled to excitation source 1012 and signal processor 1014. Including. The excitation source 1010 is one embodiment of the excitation source 60 described above with reference to FIG. 3, and the sensor assembly 1012 is one embodiment of the sensor assembly 70 described above with reference to FIG. Yes, the controller 1016 is one embodiment of the controller 80 described above with reference to FIG.

励起源1010は、マーカー40の共振周波数に整合する選択された周波数のエネルギーをもつ波形を有する磁場を発生するように調整することができる。励起源1010によって発生された磁場は、マーカーをそれぞれの周波数において励起する。マーカー40が励起された後、励起源1010は直ちにオフの位置に切り替えられ、パルス磁場励起場は、マーカーが無線で位置信号を伝達する間終結される。このことは、励起源1010からの著しく強力な磁場からの無視できない妨害を受けずに、センサ・アセンブリ1012がマーカー40からの位置信号を検出することを可能にする。従って、励起源1010は、センサ・アセンブリ1012がマーカー40からの位置信号を十分な信号対雑音比で測定することを可能にし、その結果信号プロセッサ1014又はコントローラ1016は、基準座標系に関するマーカー40の絶対位置を正確に算出することができる。   The excitation source 1010 can be tuned to generate a magnetic field having a waveform with energy of a selected frequency that matches the resonant frequency of the marker 40. The magnetic field generated by the excitation source 1010 excites the markers at their respective frequencies. After the marker 40 is excited, the excitation source 1010 is immediately switched to the off position, and the pulsed magnetic field excitation field is terminated while the marker transmits the position signal wirelessly. This allows the sensor assembly 1012 to detect the position signal from the marker 40 without being subject to non-negligible interference from the significantly strong magnetic field from the excitation source 1010. Thus, the excitation source 1010 allows the sensor assembly 1012 to measure the position signal from the marker 40 with a sufficient signal-to-noise ratio so that the signal processor 1014 or controller 1016 can detect the marker 40 relative to the reference coordinate system. The absolute position can be calculated accurately.

a. 励起源
図13をなお参照すると、励起源1010は、高電圧電源1040、電源1040に結合するエネルギー貯蔵デバイス1042、及びエネルギー貯蔵デバイス1042に結合するスイッチング・ネットワーク1044を含む。励起源1010はまた、スイッチング・ネットワーク1044に結合するコイル・アセンブリ1046を含む。1つの実施形態においては、電源1040は500V電源であるが、より高い又は低い電圧の他の電源も用いることはできる。1つの実施形態におけるエネルギー貯蔵デバイス1042は、電源1040によって充電され、比較的一定の充電状態に維持されることが可能な高電圧コンデンサである。エネルギー貯蔵デバイス1042は、コイル・アセンブリ1046内のコイルへのエネルギーの供給と、それらからのエネルギーの受け取りを交互に行う。
a. Excitation Source Still referring to FIG. 13, the excitation source 1010 includes a high voltage power supply 1040, an energy storage device 1042 coupled to the power supply 1040, and a switching network 1044 coupled to the energy storage device 1042. The excitation source 1010 also includes a coil assembly 1046 that couples to the switching network 1044. In one embodiment, power supply 1040 is a 500V power supply, although other power supplies with higher or lower voltages can be used. The energy storage device 1042 in one embodiment is a high voltage capacitor that can be charged by the power source 1040 and maintained in a relatively constant state of charge. The energy storage device 1042 alternately supplies energy to and receives energy from the coils in the coil assembly 1046.

エネルギー貯蔵デバイス1042は、電力損失を減らすために低い直列抵抗をもちながら、エネルギー貯蔵デバイス内での電圧降下を減らすのに適当なエネルギーを貯蔵することができる。エネルギー貯蔵デバイス1042はまた、コイル・アセンブリ1046をより効果的に駆動するために低い直列インダクタンスをもつ。エネルギー貯蔵デバイス1042に適切なコンデンサは、閃光エネルギー用途に用いられるアルミニウム電解コンデンサを含む。代替のエネルギー貯蔵デバイスはまた、NiCd及び鉛蓄電池、及び、タンタル、薄膜などの代りの型のコンデンサを含むことができる。   The energy storage device 1042 can store suitable energy to reduce the voltage drop in the energy storage device while having a low series resistance to reduce power loss. The energy storage device 1042 also has a low series inductance to drive the coil assembly 1046 more effectively. Suitable capacitors for energy storage device 1042 include aluminum electrolytic capacitors used for flash energy applications. Alternative energy storage devices can also include NiCd and lead acid batteries and alternative types of capacitors such as tantalum, thin films, and the like.

スイッチング・ネットワーク1044は、個々のHブリッジ・スイッチ1050(参照番号1050a−dにより個々に識別される)を含み、コイル・アセンブリ1046は、個々のソース・コイル1052(参照番号1052a−dにより個々に識別される)を含む。各々のHブリッジ・スイッチ1050は、エネルギー貯蔵デバイス1042とソース・コイル1052の1つとの間のエネルギーの流れを制御する。例えば、Hブリッジ・スイッチ#1 1050aは、独立にソース・コイル#1 1052aへの/からのエネルギーの流れを制御し、Hブリッジ・スイッチ#2 1050bは、独立にソース・コイル#2 1052bへの/からのエネルギーの流れを制御し、Hブリッジ・スイッチ#3 1050cは、独立にソース・コイル#3 1052cへの/からのエネルギーの流れを制御し、Hブリッジ・スイッチ#4 1050dは、独立にソース・コイル#4 1052dへの/からのエネルギーの流れを制御する。従って、スイッチング・ネットワーク1044は、ソース・コイル1052a−dの各々によって発生される磁場の位相を独立に制御する。Hブリッジ1050は、全てのソース・コイル1052のための電気信号が同位相になるように構成することができ、或いは、Hブリッジ1050は、1つ又はそれ以上のソース・コイル1052が180°位相がずれるように構成することができる。さらに、Hブリッジ・スイッチ1050は、1つ又はそれ以上のソース・コイル1052のための電気信号が、種々の位相をもつ磁場を同時に供給するために、0°と180°の間で位相がずれるように構成することができる。   Switching network 1044 includes individual H-bridge switches 1050 (individually identified by reference number 1050a-d), and coil assembly 1046 includes individual source coils 1052 (individually by reference number 1052a-d). Identified). Each H-bridge switch 1050 controls the flow of energy between the energy storage device 1042 and one of the source coils 1052. For example, H-bridge switch # 1 1050a independently controls the flow of energy to / from source coil # 1 1052a, and H-bridge switch # 2 1050b independently controls source coil # 2 1052b. The H-bridge switch # 3 1050c independently controls the energy flow to / from the source coil # 3 1052c, and the H-bridge switch # 4 1050d independently Controls the flow of energy to / from source coil # 4 1052d. Thus, the switching network 1044 independently controls the phase of the magnetic field generated by each of the source coils 1052a-d. The H-bridge 1050 can be configured so that the electrical signals for all source coils 1052 are in phase, or the H-bridge 1050 can be configured so that one or more source coils 1052 are 180 ° out of phase. Can be configured so as to deviate from each other. In addition, the H-bridge switch 1050 is out of phase between 0 ° and 180 ° so that the electrical signals for one or more source coils 1052 simultaneously provide magnetic fields with various phases. It can be constituted as follows.

ソース・コイル1052は、基準座標系に対して固定された共面配列に配置することができる。各ソース・コイル1052は、平坦な実質的に直線のコイルを形成するように配置された四角の平面型巻き線とすることができる。異なる実施形態においては、ソース・コイル1052は他の形状及び他の配置を取ることができる。1つの実施形態においては、ソース・コイル1052は、プリント回路基板の層内に形成された個々の導電線であるか、又は発泡フレーム内にあるワイヤの巻き線である。或いは、ソース・コイル1052は、異なる基板内に形成するか又は配置して、その結果2つ又はそれ以上のソース・コイルが互いに共面でなくなるようにすることができる。さらに、本発明の代りの実施形態は、図13に示されるよりも少ない又は多くのソース・コイルを有することができる。   The source coils 1052 can be arranged in a coplanar arrangement that is fixed relative to a reference coordinate system. Each source coil 1052 may be a square planar winding arranged to form a flat, substantially straight coil. In different embodiments, the source coil 1052 can take other shapes and arrangements. In one embodiment, the source coil 1052 is an individual conductive wire formed in a layer of a printed circuit board or a wire winding in a foam frame. Alternatively, the source coils 1052 can be formed or placed in different substrates so that two or more source coils are not coplanar with each other. Further, alternative embodiments of the present invention can have fewer or more source coils than shown in FIG.

ソース・コイル1052からの選択された磁場は、結合して、励起体積内で任意の空間的方向にマーカー40を励起するために種々の3次元形状をもつことのできる調整可能な励起場を形成する。ソース・コイル1052の平面配列が概ね水平であるときは、励起体積は、コイル・アセンブリ1046の中央領域に近似的に対応する範囲の上方に位置する。励起体積はコイル・アセンブリ1046に隣接し、内部の磁場の強さがマーカー40を適切に励起するのに十分である、3次元空間である。   The selected magnetic fields from the source coil 1052 combine to form an adjustable excitation field that can have various three-dimensional shapes to excite the marker 40 in any spatial direction within the excitation volume. To do. When the planar arrangement of source coils 1052 is generally horizontal, the excitation volume is located above a range that approximately corresponds to the central region of coil assembly 1046. The excitation volume is adjacent to the coil assembly 1046 and is a three-dimensional space in which the strength of the internal magnetic field is sufficient to properly excite the marker 40.

図14−図16は、示されるXYZ座標系に対して異なる軸の周りに励起場を生成するために、位相の異なる組み合せでソース・コイルに供給される交流電気信号を有するソース・コイル1052の平面配列の略図である。各ソース・コイルは2つの外側辺1112と2つの内側辺1114を有する。1つのソース・コイル1052の各内側辺1114は、別のソース・コイル1052の内側辺1114に隣接するが、しかし全てのソース・コイル1052の外側辺1112は、如何なる他のソース・コイル1052にも隣接しない。   FIGS. 14-16 illustrate a source coil 1052 having an AC electrical signal supplied to the source coil in different combinations of phases to generate excitation fields about different axes relative to the XYZ coordinate system shown. 1 is a schematic diagram of a planar arrangement. Each source coil has two outer sides 1112 and two inner sides 1114. Each inner side 1114 of one source coil 1052 is adjacent to the inner side 1114 of another source coil 1052, but the outer side 1112 of all source coils 1052 is connected to any other source coil 1052. Not adjacent.

図14の実施形態においては、全てのソース・コイル1052a−dは、同時に同じ位相の交流電気信号を受け取る。その結果、電流は全てのソース・コイル内を同じ方向に流れ、1つのソース・コイル(例えば、ソース・コイル1052a)の内側辺1114に沿って流れる電流の方向1113は、2つの隣接するソース・コイル(例えば、ソース・コイル1052cと1052b)の内側辺1114に沿って流れる電流の方向1113と逆となる。従って、内側辺1114に沿って生成される磁場は互いに相殺し、その結果、磁場はソース・コイルの外側辺1112に沿って流れる電流から事実上生成される。図14に示されるソース・コイル1052a−dからの磁場の組み合せによって形成される結果としての励起場は、励起体積1109内で概ねZ方向の磁気モーメント1115をもつ。この励起場は、Z軸に平行なマーカー、或いはZ軸方向に角度成分をもって配置された(即ち、Z軸に直交しない)マーカーを励起する。   In the embodiment of FIG. 14, all source coils 1052a-d receive the same phase alternating electrical signal at the same time. As a result, the current flows in all source coils in the same direction, and the direction of current 1113 flowing along the inner side 1114 of one source coil (eg, source coil 1052a) is two adjacent source coils. The direction of current 1113 flowing along the inner side 1114 of the coil (eg, source coils 1052c and 1052b) is opposite. Thus, the magnetic fields generated along the inner side 1114 cancel each other so that the magnetic field is effectively generated from the current flowing along the outer side 1112 of the source coil. The resulting excitation field formed by the combination of magnetic fields from the source coils 1052a-d shown in FIG. 14 has a magnetic moment 1115 generally in the Z direction within the excitation volume 1109. This excitation field excites a marker parallel to the Z axis or a marker arranged with an angle component in the Z axis direction (that is, not orthogonal to the Z axis).

図15は、異なる空間的配向をもつ第2の励起場を生成するための第2の位相の組み合せで供給される交流電気信号を有するソース・コイル1052a−dの略図である。この実施形態においては、ソース・コイル1052aと1052cが互いに同位相であり、ソース・コイル1052bと1052dが互いに同位相である。しかしながら、ソース・コイル1052a及び1052cは、ソース・コイル1052b及び1052dと位相が180度ずれる。ソース・コイル1052a−dからの磁場は結合して、励起体積1109内に概ねY軸方向の磁気モーメント1217を有する励起場を生成する。従って、この励起場は、Y軸に平行なマーカー、或いはY軸方向に角度成分をもって配置されたマーカーを励起する。   FIG. 15 is a schematic diagram of source coils 1052a-d having an alternating electrical signal supplied in a second phase combination to generate a second excitation field having a different spatial orientation. In this embodiment, source coils 1052a and 1052c are in phase with each other, and source coils 1052b and 1052d are in phase with each other. However, source coils 1052a and 1052c are 180 degrees out of phase with source coils 1052b and 1052d. The magnetic fields from the source coils 1052a-d combine to generate an excitation field having a magnetic moment 1217 in the generally Y-axis direction within the excitation volume 1109. Therefore, this excitation field excites a marker parallel to the Y axis or a marker arranged with an angular component in the Y axis direction.

図16は、異なる空間的配向をもつ第3の励起場を生成するための第3の位相の組み合せで供給される交流電気信号を有するソース・コイル1052a−dの略図である。この実施形態においては、ソース・コイル1052aと1052bが互いに同位相であり、ソース・コイル1052cと1052dが互いに同位相である。しかしながら、ソース・コイル1052a及び1052bは、ソース・コイル1052c及び1052dと位相が180度ずれる。ソース・コイル1052a−dからの磁場は結合して、励起体積1109内に概ねX軸方向の磁気モーメント1319を有する励起場を生成する。従って、この励起場は、X軸に平行なマーカー、或いは、X軸方向に角度成分をもって配置されたマーカーを励起する。   FIG. 16 is a schematic diagram of source coils 1052a-d having an alternating electrical signal supplied in a third phase combination to generate a third excitation field having a different spatial orientation. In this embodiment, source coils 1052a and 1052b are in phase with each other, and source coils 1052c and 1052d are in phase with each other. However, source coils 1052a and 1052b are 180 degrees out of phase with source coils 1052c and 1052d. The magnetic fields from the source coils 1052a-d combine to produce an excitation field having a magnetic moment 1319 in the general X-axis direction within the excitation volume 1109. Therefore, this excitation field excites a marker parallel to the X axis or a marker arranged with an angular component in the X axis direction.

図17は、Y軸に平行な縦軸をもつマーカー40を励起するための励起場1424を生成する電流を示す、ソース・コイル1052a−dの略図である。スイッチング・ネットワーク1044(図13)は、ソース・コイル1052a−dに供給される交流電気信号の位相が図15の配置に類似するように構成される。これは、マーカー40を励起するために、Y方向に磁気モーメントをもつ励起場1424を生成する。   FIG. 17 is a schematic diagram of source coils 1052a-d showing the currents that generate the excitation field 1424 for exciting the marker 40 with a vertical axis parallel to the Y axis. The switching network 1044 (FIG. 13) is configured such that the phase of the AC electrical signal supplied to the source coils 1052a-d is similar to the arrangement of FIG. This creates an excitation field 1424 with a magnetic moment in the Y direction to excite the marker 40.

図18はさらに、種々の空間的配向にある任意のマーカー40を励起するように励起場を空間的に調整する機能を示す。この実施形態においては、スイッチング・ネットワーク1044(図13)は、ソース・コイル1052a−dに供給される交流電気信号の位相が図14に示される配置に類似するように構成される。これは、Z軸に平行な縦軸をもつマーカー40を励起するZ方向に磁気モーメントをもつ励起場を生成する。   FIG. 18 further illustrates the ability to spatially adjust the excitation field to excite any marker 40 in various spatial orientations. In this embodiment, the switching network 1044 (FIG. 13) is configured such that the phase of the alternating electrical signal supplied to the source coils 1052a-d is similar to the arrangement shown in FIG. This generates an excitation field with a magnetic moment in the Z direction that excites the marker 40 with a vertical axis parallel to the Z axis.

励起体積1109内の励起場の空間的配置は、ソース・コイル1052a−dに供給される電気信号に位相を変えるためにスイッチング・ネットワークを操作することによって迅速に調整することができる。その結果、全体の磁気励起場は、励起体積1109内でX,Y又はZ方向のいずれかに配向するように変化させることができる。励起場の空間的配向のこの調整は、励起体積1109内の盲点を減ずるか又は除去する。従って、励起体積1109内のマーカー40は、無鉛マーカーの空間的配向に関らず、ソース・コイル1052a−dによって励起することができる。   The spatial arrangement of the excitation field within the excitation volume 1109 can be quickly adjusted by manipulating the switching network to change phase to the electrical signal supplied to the source coils 1052a-d. As a result, the overall magnetic excitation field can be changed to be oriented in either the X, Y or Z direction within the excitation volume 1109. This adjustment of the spatial orientation of the excitation field reduces or eliminates blind spots in the excitation volume 1109. Thus, the marker 40 in the excitation volume 1109 can be excited by the source coils 1052a-d regardless of the spatial orientation of the lead-free marker.

1つの実施形態においては、励起源1010はセンサ・アセンブリ1012に結合し、その結果、スイッチング・ネットワーク1044(図13)は、センサ・アセンブリによって受け取られる信号の強さによって、X、Y、及びZ軸に沿う励起場のパルス生成の配向を調整する。マーカー40からの位置信号が不十分である場合には、スイッチング・ネットワーク1044は、異なる軸又は軸間の方向にモーメントをもつ励起場を生成するために、ソース・コイル1052a−dへのその後のパルス供給の間に、励起場の空間的配向を自動的に変化させることができる。スイッチング・ネットワーク1044は、センサ・アセンブリ1012がマーカーからの十分な位置信号を受け取るまで操作することができる。   In one embodiment, the excitation source 1010 couples to the sensor assembly 1012 so that the switching network 1044 (FIG. 13) can be configured with X, Y, and Z depending on the strength of the signal received by the sensor assembly. Adjust the pulse generation orientation of the excitation field along the axis. If the position signal from marker 40 is inadequate, switching network 1044 causes subsequent excitation to source coils 1052a-d to generate excitation fields with moments in different axes or directions between axes. During the pulse delivery, the spatial orientation of the excitation field can be changed automatically. The switching network 1044 can be operated until the sensor assembly 1012 receives a sufficient position signal from the marker.

図13に示される励起源1010は、励起段階中はマーカー40にエネルギー供給するためにソース・コイル1052a−dを励起すること、次いで、センサ・アセンブリ1012がマーカー40によって無線で伝達される減衰位置信号を検出する検出段階中はソース・コイル1052a−dを能動的に脱励起すること、を交互に行う。ソース・コイル1052a−dを能動的に励起及び脱励起するために、スイッチング・ネットワーク1044は、エネルギー貯蔵デバイス1042からの貯蔵エネルギーをソース・コイル1052a−dに伝達すること、次にソース・コイル1052a−dからエネルギー貯蔵デバイス1042にエネルギーを再伝達すること、を交互に行うように構成される。スイッチング・ネットワーク1044は、ソース・コイル1052の両端の電圧が正及び負の極性の間で交替するように、第1及び第2の「オン」位置の間で交替する。例えば、スイッチング・ネットワーク1044が第1の「オン」位置に切り替えられるとき、エネルギー貯蔵デバイス1042内のエネルギーがソース・コイル1052a−dに向って流れる。スイッチング・ネットワーク1044が第2の「オン」位置に切り替えられるときには、ソース・コイル1052a−d内のエネルギーが能動的にソース・コイル1052a−dから取り出され、エネルギー貯蔵デバイス1042に向って戻されるように極性が反転する。その結果、ソース・コイル1052a−d内のエネルギーは直ちにエネルギー貯蔵デバイス1042に戻されて、ソース・コイル1052a−dから伝達される励起場を突然終結し、消費電力をエネルギー貯蔵デバイス1042に保存する。このことは、励起エネルギーを周囲から除去し、その結果、センサ・アセンブリ1012は、励起源1010からの非常に大きな励起エネルギーによる妨害なしに、マーカー40からの位置信号を検出することができる。励起源1010の幾つかの付加的な詳細及び代りの実施形態は、引用によりその全体がここに組み入れられる、2002年8月7日提出の米国特許出願番号第10/213,980号であって、現在は米国特許第6,822,570号である特許文献に開示されている。   The excitation source 1010 shown in FIG. 13 excites the source coils 1052a-d to energize the marker 40 during the excitation phase, and then the attenuation position where the sensor assembly 1012 is transmitted wirelessly by the marker 40. During the detection phase of detecting the signal, the source coils 1052a-d are actively de-excited alternately. In order to actively excite and de-energize source coils 1052a-d, switching network 1044 transmits stored energy from energy storage device 1042 to source coils 1052a-d, and then source coil 1052a. Re-transferring energy from -d to the energy storage device 1042 is configured to alternate. Switching network 1044 alternates between first and second “on” positions such that the voltage across source coil 1052 alternates between positive and negative polarities. For example, when the switching network 1044 is switched to a first “on” position, energy in the energy storage device 1042 flows toward the source coils 1052a-d. When the switching network 1044 is switched to the second “on” position, energy in the source coils 1052a-d is actively extracted from the source coils 1052a-d and returned back to the energy storage device 1042. The polarity is reversed. As a result, the energy in the source coils 1052a-d is immediately returned to the energy storage device 1042, suddenly terminating the excitation field transmitted from the source coils 1052a-d, and conserving power consumption in the energy storage device 1042. . This removes the excitation energy from the environment so that the sensor assembly 1012 can detect the position signal from the marker 40 without interference from the very large excitation energy from the excitation source 1010. Some additional details and alternative embodiments of the excitation source 1010 are US patent application Ser. No. 10 / 213,980 filed Aug. 7, 2002, which is hereby incorporated by reference in its entirety. , Currently disclosed in U.S. Pat. No. 6,822,570.

b. センサ・アセンブリ
図19Aは、位置決めシステム(図13)中に用いるセンサ・アセンブリ1012の幾つかの構成要素を示す分解等角図である。センサ・アセンブリ1012は、パネル1604上に形成されるか又はそれによって支持される複数のコイル1602を有する検出ユニット1601を含む。コイル1602は、センサ・アレイ1605に配列されたフィールド・センサ又は磁束センサとすることができる。
b. Sensor Assembly FIG. 19A is an exploded isometric view showing some components of the sensor assembly 1012 used in the positioning system (FIG. 13). Sensor assembly 1012 includes a detection unit 1601 having a plurality of coils 1602 formed on or supported by panel 1604. Coil 1602 may be a field sensor or a magnetic flux sensor arranged in sensor array 1605.

パネル1604は、DuPont社製のKAPTON(登録商標)のシートのような、実質的に非導電性の材料とすることができる。KAPTON(登録商標)は、非常に安定、強靭、そして薄い膜が必要なとき(放射線ビーム汚染を防止するためなど)に特に有用であるが、パネル1604は、他の材料から作り、そして他の形状とすることができる。例えば、FR4(エポキシ・ガラス基板)、GETEK又は他のテフロン(登録商標)・ベースの基板、及び他の市販材料は、パネル1604に用いることができる。さらに、パネル1604は平坦で高度に平面の構造体とすることができるが、他の実施形態においては、パネルは少なくとも1つの軸に沿って湾曲してもよい。いずれの実施形態においても、フィールド・センサ(例えばコイル)は、1つのフィールド・センサの平面が、隣接するフィールド・センサの平面と少なくとも実質的に共面である局所的な平面アレイに配列される。例えば、1つのコイルによって規定される平面と、隣接するコイルによって規定される平面との間の角度は、近似的に0°から10°までとすることができ、より一般的には5°未満である。しかし、幾つかの状況においては、1つ又はそれ以上のコイルは、アレイ内の他のコイルに対して10°より大きな角度にすることができる。   Panel 1604 can be a substantially non-conductive material, such as a sheet of KAPTON® from DuPont. KAPTON® is particularly useful when very stable, tough, and thin films are needed (such as to prevent radiation beam contamination), but the panel 1604 is made from other materials and other It can be a shape. For example, FR4 (epoxy glass substrate), GETEK or other Teflon-based substrate, and other commercially available materials can be used for the panel 1604. Further, the panel 1604 can be a flat and highly planar structure, but in other embodiments the panel may be curved along at least one axis. In either embodiment, the field sensors (eg, coils) are arranged in a local planar array in which the plane of one field sensor is at least substantially coplanar with the plane of an adjacent field sensor. . For example, the angle between the plane defined by one coil and the plane defined by adjacent coils can be approximately 0 ° to 10 °, more typically less than 5 °. It is. However, in some situations, one or more coils can be at an angle greater than 10 ° relative to other coils in the array.

図19Aに示されるセンサ・アセンブリ1012は、パネル1604に貼り合わされたコア1620を随意に含むことができる。コア1620は、堅い材料から作られた支持部品とすることができ、或いは、コア1620は、独立気泡ロハセル発泡体などの低密度発泡体とすることができる。コア1620は、動作温度範囲全域にわたって、センサ・アセンブリ1012の形状及びコイル1602間の相対的配向が所定の範囲内にとどまるように、低い熱膨張係数を有する安定な層であることが好ましい。   The sensor assembly 1012 shown in FIG. 19A can optionally include a core 1620 that is bonded to the panel 1604. The core 1620 can be a support component made from a rigid material, or the core 1620 can be a low density foam, such as a closed cell Lohacell foam. The core 1620 is preferably a stable layer having a low coefficient of thermal expansion so that the shape of the sensor assembly 1012 and the relative orientation between the coils 1602 remain within a predetermined range over the entire operating temperature range.

センサ・アセンブリ1012は、検出サブシステムの1つの側面に第1の外カバー1630a、及び向いの側面に第2の外カバー1630bをさらに含むことができる。第1及び第2外カバー1630a−bは、ケブラー又はサーマウント・フィルムなどの、薄い熱的に安定な層とすることができる。第1及び第2外カバー1630a−bの各々は、望ましくない外部電場をコイル1602に達しないように遮断する電気シールド1632を含むことができる。電気シールド1632は、普通ファラデー・シールドと呼ばれる配置の櫛形シールドの輪郭を示す、金メッキされた銅ストリップの複数の平行脚とすることができる。シールドは、シールドに適切な他の材料から形成可能であることが理解されよう。電気シールドは、プリント回路基板製造技術又は他の技術を用いて、第1及び第2外カバー上に形成することができる。   The sensor assembly 1012 can further include a first outer cover 1630a on one side of the detection subsystem and a second outer cover 1630b on the opposite side. The first and second outer covers 1630a-b can be thin thermally stable layers, such as Kevlar or surmount films. Each of the first and second outer covers 1630 a-b can include an electrical shield 1632 that blocks unwanted external electric fields from reaching the coil 1602. The electrical shield 1632 may be a plurality of parallel legs of a gold-plated copper strip that outlines a comb shield in an arrangement commonly referred to as a Faraday shield. It will be appreciated that the shield can be formed from other materials suitable for the shield. The electrical shield can be formed on the first and second outer covers using printed circuit board manufacturing techniques or other techniques.

コイル1602をもつパネル1604は、粘着剤又は他の型の接着剤を用いてコア1620に貼り合わせることができる。第1及び第2外カバー1630a−bは、同様に、パネル1604とコア1620の組立品に貼り合わせることができる。貼り合わせられた組立品は、広い動作温度範囲全域にわたってコイル1602の配列を規定された配置に固定する堅い構造体を形成する。従って、センサ・アセンブリ1012は、動作中その表面全域で実質的に歪まない。例えば、センサ・アセンブリ1012は、±0.5mm以下、幾つかの場合には±0.3mm以下の歪みで、コイル1602の配列を固定位置に保持することができる。検出サブシステムの剛直性は、無鉛マーカーの正確な位置の非常に正確で繰返し可能な実時間モニタリングをもたらす。   Panel 1604 with coil 1602 can be bonded to core 1620 using an adhesive or other type of adhesive. Similarly, the first and second outer covers 1630a-b can be bonded to the assembly of the panel 1604 and the core 1620. The laminated assembly forms a rigid structure that secures the array of coils 1602 in a defined arrangement over a wide operating temperature range. Accordingly, the sensor assembly 1012 does not substantially distort across its surface during operation. For example, the sensor assembly 1012 can hold the array of coils 1602 in a fixed position with a strain of ± 0.5 mm or less, and in some cases ± 0.3 mm or less. The rigidity of the detection subsystem provides highly accurate and repeatable real-time monitoring of the exact location of the lead-free marker.

さらに別の実施形態においては、センサ・アセンブリ1012は、励起源1010の構成要素である複数のソース・コイルをさらに含むことができる。センサ・アセンブリ1012をソース・コイルと結合させる1つの適切な配列は、引用によりここに組み入れられる、2002年12月30日提出の「パネル型センサ/ソース・アレイ・アセンブリ」と題する米国特許出願整理番号第10/334,700号に開示されている。   In yet another embodiment, sensor assembly 1012 can further include a plurality of source coils that are components of excitation source 1010. One suitable arrangement for coupling the sensor assembly 1012 with the source coil is a US patent application summary entitled “Panel Sensor / Source Array Assembly” filed 30 December 2002, incorporated herein by reference. No. 10 / 334,700.

図19Bは、さらに検出ユニット1601の一実施形態を示す。この実施形態においては、検出ユニット1601は32個のセンサ・コイル1602を含み、各コイル1602は別々のチャネル1606(「Ch 0」から「Ch 31」までのチャネルとして個々の示される)に関連付けられる。パネル1604の全体の寸法は約40cm×54cmであるが、アレイ1605は約40cmの第1の寸法D1及び約40cmの第2の寸法D2を有する。代替の実施形態においては、アレイ1605は他の寸法又は他の配置(例えば、円形の)を有することができる。加えて、アレイ1605は、8−64個のコイルなど、より多数又は少数のコイルをもつことが可能であり、さらにコイルの数は2の累乗とすることができる。   FIG. 19B further illustrates an embodiment of the detection unit 1601. In this embodiment, the detection unit 1601 includes 32 sensor coils 1602, each coil 1602 being associated with a separate channel 1606 (indicated individually as channels from “Ch 0” to “Ch 31”). . The overall dimensions of panel 1604 are approximately 40 cm x 54 cm, while array 1605 has a first dimension D1 of approximately 40 cm and a second dimension D2 of approximately 40 cm. In alternative embodiments, the array 1605 can have other dimensions or other arrangements (eg, circular). In addition, the array 1605 can have more or fewer coils, such as 8-64 coils, and the number of coils can be a power of two.

コイル1602は、パネル1604上に形成される銅又は別の適切な導電金属の導電トレース又は堆積物とすることができる。各コイル1602は、約0.15mmの幅をもち、各コイル内の隣接する巻きの間の間隔が約0.13mmであるトレースを有する。コイル1602は、約15から90までの巻きを有し、特定の用途においては、各コイルは約40巻きを有する。15未満の巻きを有するコイルは、一部の用途のためには十分に敏感ではない可能性があり、90を超える巻きを有するコイルは、励起中にソース信号からの過剰電圧、及び、コイルの低い自己共振周波数による過剰な整定時間をもたらす可能性がある。しかし、他の用途においては、コイル1602は15未満の巻き又は90超の巻きを有することができる。   Coil 1602 can be a conductive trace or deposit of copper or another suitable conductive metal formed on panel 1604. Each coil 1602 has a trace having a width of about 0.15 mm and a spacing between adjacent turns in each coil of about 0.13 mm. The coils 1602 have about 15 to 90 turns, and in certain applications, each coil has about 40 turns. A coil with less than 15 turns may not be sensitive enough for some applications, and a coil with more than 90 turns will cause an excess voltage from the source signal during excitation and It can lead to excessive settling time due to the low self-resonant frequency. However, in other applications, the coil 1602 can have less than 15 turns or more than 90 turns.

図19Bに示されるように、コイル1602は正方形渦巻きに配列されるが、円形、組み合った6角形、3角形などの配列のような他の配置を用いることもできる。そのような正方形渦巻きは、信号対雑音比を改善するように大きな割合の表面積を用いる。正方形コイルはまた、円形コイルに比較して、デザイン・レイアウト及びアレイのモデリングを簡単にする。例えば、円形コイルは、マーカー40からの磁束を結合させるのに表面積を無駄にする可能性がある。コイル1602は、約40mmの内寸法と約62mmの外寸法を有するが、用途によって他の寸法も可能である。感度は、製造許容範囲内で可能な限り外寸法に近い内寸法をもちいることによって改善することができる。幾つかの実施形態においては、コイル1602は互いに同一であるか、又は実質的に類似するように構成される。   As shown in FIG. 19B, the coils 1602 are arranged in a square spiral, but other arrangements such as circular, combined hexagonal, triangular, etc. arrangements can also be used. Such square spirals use a large percentage of surface area to improve the signal to noise ratio. Square coils also simplify design layout and array modeling compared to circular coils. For example, a circular coil can waste surface area to couple the magnetic flux from the marker 40. The coil 1602 has an inner dimension of about 40 mm and an outer dimension of about 62 mm, although other dimensions are possible depending on the application. Sensitivity can be improved by using an inner dimension that is as close to the outer dimension as possible within manufacturing tolerances. In some embodiments, the coils 1602 are configured to be the same or substantially similar to each other.

アレイ1605内のコイル1602のピッチは、少なくとも部分的に、マーカーとコイル・アレイの間の最短距離の関数である。1つの実施形態においては、コイルは約67mmのピッチで配列される。この特定の配列は、無線マーカー40がセンサ・アセンブリ1012から約7−27cmの位置に配置されるときに特に適している。無線マーカーが7cmより近い場合には、検出サブシステムはより小さなピッチで配列されたセンサ・コイルを含むことができる。一般に、無線マーカーがコイルのアレイから比較的短距離において検出されるときは、より小さなピッチが望ましい。例えば、コイル1602のピッチは、マーカーとアレイの間の最短距離の約50%から200%までである。   The pitch of the coils 1602 in the array 1605 is at least partially a function of the shortest distance between the marker and the coil array. In one embodiment, the coils are arranged at a pitch of about 67 mm. This particular arrangement is particularly suitable when the wireless marker 40 is positioned approximately 7-27 cm from the sensor assembly 1012. If the wireless marker is closer than 7 cm, the detection subsystem can include sensor coils arranged at a smaller pitch. In general, smaller pitches are desirable when wireless markers are detected at relatively short distances from the array of coils. For example, the pitch of the coils 1602 is about 50% to 200% of the shortest distance between the marker and the array.

一般に、アレイ1605及びアレイ内のコイル1602の寸法及び配置は、それらの動作周波数領域、マーカー40からアレイまでの距離、マーカーの信号強度、及び幾つかの他の因子に依存する。当業者は、少なくとも部分的に、望ましい周波数領域及びマーカーからコイルまでの距離に依存して、他の寸法及び配置を用いることができることを直ちに認識するであろう。   In general, the dimensions and placement of the array 1605 and the coils 1602 within the array depend on their operating frequency range, the distance from the marker 40 to the array, the signal strength of the marker, and several other factors. One skilled in the art will readily recognize that other dimensions and arrangements can be used, at least in part, depending on the desired frequency region and marker-to-coil distance.

アレイ1605は、マーカーによって放射される磁場を測定するために大口径を与える寸法にされる。マーカー信号はソース信号及び室内の他の磁場よりも遥かに小さいので、無線で伝達されたエネルギー・ソースに応答して、無線でマーカー信号を伝達する埋め込み可能なマーカーによって放射される信号を正確に測定することは、特にやりがいのある問題となり得る。アレイ1605の寸法は、非近接場ソースからの妨害を減らしながら、マーカーの近接場を優先的に測定するように選択することができる。1つの実施形態においては、アレイ1605は、マーカーがコイル平面から離される所定の最大検出距離の約100%から300%までである、コイル占有表面積全域にわたる最大寸法D1又はD2をもつ寸法とされる。従って、アレイ1605の寸法は、マーカー信号を正確に測定するためにマーカーがアレイから離されるべき距離を特定することによって決定され、次にコイルは、アレイの最大寸法がその距離の約100%から300%までとなるように配置される。アレイ1605の最大寸法は、例えば、マーカーがアレイから離される検出距離の約200%にすることができる。1つの特定的な実施形態においては、マーカー40は20cmの検出距離をもち、コイル1602のアレイの最大寸法は、20cmと60cmの間であり、より特定的には40cmである。   The array 1605 is dimensioned to provide a large aperture for measuring the magnetic field emitted by the marker. Because the marker signal is much smaller than the source signal and other magnetic fields in the room, the signal emitted by the implantable marker that transmits the marker signal wirelessly in response to the wirelessly transmitted energy source is accurate. Measuring can be a particularly challenging problem. The dimensions of the array 1605 can be selected to preferentially measure the near field of the marker while reducing interference from non-near field sources. In one embodiment, the array 1605 is dimensioned with a maximum dimension D1 or D2 across the coil occupying surface area that is about 100% to 300% of a predetermined maximum detection distance at which the marker is separated from the coil plane. . Thus, the dimensions of the array 1605 are determined by identifying the distance that the marker should be separated from the array in order to accurately measure the marker signal, and then the coil has a maximum dimension of the array from about 100% of that distance. It arrange | positions so that it may become 300%. The maximum dimension of the array 1605 can be, for example, about 200% of the detection distance at which the marker is separated from the array. In one particular embodiment, the marker 40 has a detection distance of 20 cm, and the maximum dimension of the array of coils 1602 is between 20 cm and 60 cm, and more specifically 40 cm.

上述の最大寸法を有するコイル・アレイは、非近接場ソースからの妨害を低減するフィルターを本来的にもたらすので特に有用である。従って、本発明の幾つかの実施形態の1つの態様は、アレイが優先的に近接場ソース(即ち、マーカーによって生成される場)を測定し、非近接場ソースからの妨害を取り除くように、マーカーからの信号に基づいてアレイの寸法を決めることである。   A coil array having the maximum dimensions described above is particularly useful because it inherently provides a filter that reduces interference from non-near field sources. Thus, one aspect of some embodiments of the present invention is that the array preferentially measures near-field sources (ie, fields generated by markers) and removes disturbances from non-near-field sources. The size of the array is determined based on the signal from the marker.

コイル1602は、各コイルの内側部分又は区域を通じて、無線マーカー40によって生成される磁束を受け取り、次に磁場成分の量又は大きさを表す又はそれに比例する電流信号を生成する電磁場センサである。磁場成分はまた、各コイル1602の面に垂直である。各コイルは別々のチャネルを表し、従って各コイルは32個の出力ポート1606の内の1つに信号を出力する。下記のプリアンプを各出力ポート1606に備えることができる。プリアンプ(又はインピーダンス・バッファ)をコイルの近傍に配置することは、ここで説明されるように、コイルに対する容量負荷を最小にする。示されてはいないが、検出ユニット1601はまた、各コイル1602から対応する出力ポート1606へ信号を伝達して別々のチャネルを規定する、導電トレース又は導電経路を含む。次にポートは、適切な形態のプラグ及び連結ケーブルを取り付けることのできるパネル1604上に形成されたコネクタ1608に結合される。   The coils 1602 are electromagnetic field sensors that receive the magnetic flux generated by the wireless marker 40 through the inner portion or area of each coil and then generate a current signal that represents or is proportional to the amount or magnitude of the magnetic field component. The magnetic field component is also perpendicular to the plane of each coil 1602. Each coil represents a separate channel, so each coil outputs a signal to one of 32 output ports 1606. The following preamplifier can be provided in each output port 1606. Placing the preamplifier (or impedance buffer) in the vicinity of the coil minimizes capacitive loading on the coil, as described herein. Although not shown, detection unit 1601 also includes conductive traces or conductive paths that transmit signals from each coil 1602 to a corresponding output port 1606 to define separate channels. The port is then coupled to a connector 1608 formed on a panel 1604 to which a suitable form of plug and connecting cable can be attached.

検出ユニット1601はまた、オンボード・メモリ又は、電気的に消去可能でプログラム可能な読み出し専用メモリ(EEPROM)1610のような他の回路を含むことができる。EEPROM1610は、シリアル番号、改訂番号、製造年月日などの製造情報をストアすることができる。EEPROM1610はまた、チャネル毎の較正データ、及びラン・タイムの記録をストアすることができる。ラン・タイムは、アレイが照射された全放射線量の指標を与え、その指標は検出サブシステムの交替が必要なときにシステムに警告を発することができる。   The detection unit 1601 may also include other circuitry such as on-board memory or electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) 1610. The EEPROM 1610 can store manufacturing information such as a serial number, a revision number, and a manufacturing date. The EEPROM 1610 can also store calibration data for each channel and run time records. The run time gives an indication of the total radiation dose that the array has been exposed to, and that indicator can alert the system when the detection subsystem needs to be replaced.

1つの平面だけが示されるが、無線マーカー40の3次元位置の決定の助けとなるように、付加的なコイル又は電磁場センサをパネル1604に垂直に配置することができる。他の寸法のコイル又はセンサを付け加えることは、無線マーカー40から受け取る全エネルギーを増すことができるとしても、そのアレイの複雑さは過剰に増加することになる。本発明者は、無線マーカー40の3次元座標は図19A−Bに示される平面型アレイを用いて検出できることを見出した。   Although only one plane is shown, additional coils or electromagnetic field sensors can be placed perpendicular to the panel 1604 to assist in determining the three-dimensional position of the wireless marker 40. Adding other size coils or sensors can increase the total energy received from the wireless marker 40, but will increase the complexity of the array excessively. The present inventor has found that the three-dimensional coordinates of the wireless marker 40 can be detected using the planar array shown in FIGS. 19A-B.

センサ・アセンブリ1012を実装することは、幾つかの考慮すべきことを含む。第1に、コイル1062は理想的な開回路を与えられない可能性がある。その代りに、それらコイルは、大部分が、コイル1602をプリアンプに接続するトレース又は導電経路による寄生容量、及び、減衰ネットワーク(以下に説明される)及びプリアンプの入力インピーダンス(低い入力インピーダンスが好ましいが)によって負荷を受ける可能性が十分にある。これらの組み合せられた負荷は、コイル1602が変化する磁束と結合するときに電流フローを生じる。従って、任意の1つのコイル1602は、無線マーカー40からの磁束だけでなく、同様に他の全てのコイルからの磁束に結合する。これらの電流フローは下流での信号処理において考慮されなければならない。   Implementing sensor assembly 1012 includes several considerations. First, the coil 1062 may not be given an ideal open circuit. Instead, the coils are mostly parasitic capacitance due to traces or conductive paths connecting the coil 1602 to the preamplifier, and the attenuation network (described below) and the preamplifier input impedance (although a low input impedance is preferred). ) Is likely to be loaded. These combined loads produce a current flow when the coil 1602 couples with the changing magnetic flux. Thus, any one coil 1602 couples not only to the magnetic flux from the wireless marker 40, but to the magnetic flux from all other coils as well. These current flows must be considered in downstream signal processing.

第2の考慮すべきことは、コイル1602に対する容量負荷である。一般に、コイル1602に対する容量負荷は最小にすることが望ましい。容量負荷はコイル自体の共振回路を形成し、それが、励起源1010が電力供給されるときに過剰な電圧オーバーシュートをもたらす。そのような電圧オーバーシュートは、コイル1602全体にわたる減衰又は「スナッビング」ネットワークによって制限又は減衰されるべきである。より大きな容量負荷はより低いインピーダンスの減衰ネットワークを必要とし、それが実質的な電量消費及び減衰ネットワーク内の加熱をもたらす可能性がある。   A second consideration is the capacitive load on the coil 1602. In general, it is desirable to minimize the capacitive load on the coil 1602. The capacitive load forms a resonant circuit for the coil itself, which results in excessive voltage overshoot when the excitation source 1010 is powered. Such voltage overshoot should be limited or attenuated by an attenuation or “snubbing” network throughout the coil 1602. Larger capacitive loads require a lower impedance attenuation network, which can result in substantial power consumption and heating in the attenuation network.

もう1つの考慮すべきことは、低雑音のプリアンプを使用することである。プリアンプはまた、センサ・アセンブリ1012の1つの用途が線形加速器(LINAC)を用いる放射線治療システムであるために、放射線耐性とすることができる。その結果、PNPバイポーラ・トランジスタ及び分離した素子が好ましい。さらに、良好な整定時間がAC回路又は出力によっては達成できない場合、特にアナログ・ディジタル・コンバータがAC出力信号の広い振動を処理できない場合には、DC結合回路が好ましいことがある。   Another consideration is to use a low noise preamplifier. The preamplifier can also be radiation tolerant because one application of the sensor assembly 1012 is a radiation therapy system using a linear accelerator (LINAC). As a result, PNP bipolar transistors and isolated devices are preferred. In addition, a DC coupling circuit may be preferred when good settling time cannot be achieved with an AC circuit or output, especially when the analog-to-digital converter cannot handle wide oscillations in the AC output signal.

図20は、例えば、差動増幅器1704をもつスナッビング・ネットワーク1702の一実施形態を示す。スナッビング・ネットワーク1702は、2組の直列に結合した抵抗と、それらの間を橋絡する1つのコンデンサを含む。バイアス回路1706は差動増幅器の調整を可能にし、一方較正入力1708は差動増幅器の両方の入力脚部をバランスさせることを可能にする。コイル1602は、1対の高電圧保護ダイオード1710を伴う差動増幅器1704の入力部に結合される。DCオフセットは、差動増幅器1704の入力トランジスタのベースに結合された1対の抵抗(ゼロ値をもつように示されている)によって調整することができる。出力部におけるESD保護ダイオード1712、及びフィルター・コンデンサ(10nF値を有するように示されている)などの付加的な保護回路が備えられている。   FIG. 20 illustrates one embodiment of a snubbing network 1702 with a differential amplifier 1704, for example. Snubbing network 1702 includes two sets of series coupled resistors and a capacitor that bridges between them. The bias circuit 1706 allows adjustment of the differential amplifier, while the calibration input 1708 allows both input legs of the differential amplifier to be balanced. Coil 1602 is coupled to the input of differential amplifier 1704 with a pair of high voltage protection diodes 1710. The DC offset can be adjusted by a pair of resistors (shown as having a zero value) coupled to the base of the input transistor of differential amplifier 1704. Additional protection circuitry is provided such as an ESD protection diode 1712 at the output, and a filter capacitor (shown as having a 10 nF value).

c. 信号プロセッサ及びコントローラ
図13に示される信号プロセッサ1014及びコントローラ1016は、センサ・アセンブリ1012からの信号を受け取り、基準座標系内でのマーカー40の絶対位置を算出する。適切な信号処理システム及びアルゴリズムは、米国特許出願整理番号第10/679,801号、第10/749,478号、第10/750,456号、第10/750,164号、第10/750,165号、第10/749,860号、及び第10/750,453号に開示されており、これらの全ては引用によりここに組み入れられる。
c. Signal Processor and Controller The signal processor 1014 and controller 1016 shown in FIG. 13 receives the signal from the sensor assembly 1012 and calculates the absolute position of the marker 40 in the reference coordinate system. Suitable signal processing systems and algorithms are described in U.S. Patent Application Serial Nos. 10 / 679,801, 10 / 749,478, 10 / 750,456, 10 / 750,164, 10/750. 165, 10 / 749,860, and 10 / 750,453, all of which are incorporated herein by reference.

概観
実時間追跡のための本システムの有効性を判断するために、実験ファントムに基づく研究が実施された。この実験においては、3軸における任意の運動を、0.3mmの精度で各次元において10cm/secまで加速することを可能にする特別製作の4Dステージが構築された。位置の精度は、ステージ・システムに取り付けられた3Dディジタイジング・アームによって測定された。図21に示されるように、x、y及びz方向のそれぞれにおいて、2cm、4cm及び2cm、並びに、1cm、2cm及び1cmのピーク・ツー・ピーク運動により、2つの楕円が造られた。毎分15、17及び20回の呼吸に相当する3つの周期が用いられた。単一のトランスポンダは33ms、67ms及び100msの積算時間において用いられ、2つのトランスポンダは67ms及び100msの積算時間において用いられた。トランスポンダは4Dステージに乗せられた特別製作のファントムの内部に配置した。実験は、平均的な肺ガン患者の位置を模するために、AC磁気アレイから14cm離れたアイソセンターを用いて実施された。4Dステージは、実時間追跡システムがトランスポンダの位置を測定した際に、各々の軌跡を走査した。測定された位置はファントムの位置と比較された。楕円の大きさ、速度、トランスポンダの個数及び積算時間の効果の特徴が調べられた。
A study based on an experimental phantom was conducted to determine the effectiveness of this system for real-time tracking. In this experiment, a specially manufactured 4D stage was constructed that allowed any motion in three axes to be accelerated to 10 cm / sec in each dimension with an accuracy of 0.3 mm. Position accuracy was measured by a 3D digitizing arm attached to the stage system. As shown in FIG. 21, two ellipses were created by peak-to-peak motion of 2 cm, 4 cm and 2 cm, and 1 cm, 2 cm and 1 cm in the x, y and z directions, respectively. Three cycles corresponding to 15, 17 and 20 breaths per minute were used. A single transponder was used at integration times of 33 ms, 67 ms and 100 ms, and two transponders were used at integration times of 67 ms and 100 ms. The transponder was placed inside a specially made phantom mounted on a 4D stage. Experiments were performed using an isocenter 14 cm away from the AC magnetic array to mimic the location of an average lung cancer patient. The 4D stage scanned each trajectory as the real-time tracking system measured the position of the transponder. The measured position was compared with the position of the phantom. The characteristics of the effect of ellipse size, speed, number of transponders and integration time were investigated.

実験の要約
図22に示されるように、2乗平均平方根(RMS)誤差は、各々の楕円、周期、及びトランスポンダ積算時間に対して、1mm未満であった。本システムは、楕円の経路全体にわたり、例えば、毎分17回の呼吸における大きな楕円の軌跡内で、目標点を追跡することができた。図23は、位置決めの誤差のヒストグラムであり、各測定点について誤差範囲が小さいことを示している。図24に示されるように、RMS誤差は、殆どの軌跡において速度が増す領域で高くなった。この実験に関しては、単一トランスポンダ・システムがデュアル・トランスポンダシステムより僅かに良好に動作し、最良のシステムは67msの積算時間を有する単一トランスポンダであった。
Experimental Summary As shown in FIG. 22, the root mean square (RMS) error was less than 1 mm for each ellipse, period, and transponder integration time. The system was able to track the target point over the entire elliptical path, for example, within a large elliptical trajectory at 17 breaths per minute. FIG. 23 is a histogram of positioning errors, showing that the error range is small for each measurement point. As shown in FIG. 24, the RMS error was high in the region where the speed increased in most of the trajectories. For this experiment, the single transponder system performed slightly better than the dual transponder system and the best system was a single transponder with an integration time of 67 ms.

結論
示された実施形態の前記の説明は、要約中で説明されることを含めて、網羅的であること、又は本発明を開示されたとおりの形態に限定すること、を意図したものではない。例証のために特定の実施形態及び実施例が本明細書で説明されているが、当業者が認識するであろうように、本発明の精神と範囲から逸脱することなしに種々の均等な変更を施すことができる。ここで提供された本発明の教示は、必ずしも例示的なシステムが一般的に前述されていなくとも、ターゲットの位置決め及び追跡のシステムに適用することができる。
The foregoing description of the conclusions illustrated embodiment, including what is described in the abstract, it, or be limited to the precise form disclosed the present invention and are not intended to be exhaustive . While specific embodiments and examples have been described herein for purposes of illustration, various equivalent modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention, as those skilled in the art will recognize. Can be applied. The teachings of the invention provided herein can be applied to target positioning and tracking systems, although exemplary systems are not necessarily generally described above.

前述の種々の実施形態は、さらに進んだ実施形態を与えるように組み合せることができる。この明細書において引用された及び/又はアプリケーション・データ・シートに記載された、全ての米国特許、米国特許出願公開公報、米国特許出願、外国の特許、外国の特許出願及び非特許出版物は、それらの全体が引用によりここに組み入れられる。本発明の態様は、本発明のさらに進んだ実施形態を与えるために、必要ならば、種々の特許、出願及び刊行物のシステム、デバイス及びコンセプトを用いるように変更することができる。   The various embodiments described above can be combined to provide further embodiments. All U.S. patents, U.S. patent application publications, U.S. patent applications, foreign patents, foreign patent applications and non-patent publications cited in this specification and / or listed in application data sheets are: The entirety of which is incorporated herein by reference. Aspects of the invention can be modified to use various patent, application and publication systems, devices and concepts, if necessary, to provide further embodiments of the invention.

これら及び他の変更は、前述の詳しい説明を考慮して施すことができる。一般に、添付の特許請求項において用いられる用語は、本明細書及び特許請求項中で開示される特定の実施形態に本発明を限定するものと解釈されるべきではなく、体内の選択されたターゲットの位置を決定し、モニターし、及び/又は追跡するための装置と方法を提供するように、特許請求項に従って動作する、ターゲットの位置を決めモニターする全てのシステムを含むものと解釈されたい。従って、本発明は添付の特許請求項による以外には限定されない。   These and other changes can be made in light of the above detailed description. In general, the terms used in the appended claims should not be construed to limit the invention to the specific embodiments disclosed in the specification and the claims, but are selected targets within the body. It should be construed to include all systems for locating and monitoring a target operating in accordance with the claims to provide an apparatus and method for determining, monitoring and / or tracking the position of the target. Accordingly, the invention is not limited except as by the appended claims.

本発明の一実施形態による、ターゲットの位置決めとモニターに用いる追跡システムの側面図である。励起可能マーカーは患者体内のターゲット内に又はそれに隣接して埋め込まれるように示されている。1 is a side view of a tracking system used for target positioning and monitoring, according to one embodiment of the invention. FIG. The excitable marker is shown to be implanted within or adjacent to the target within the patient. 可動支持台上の患者及び患者体内に埋め込まれたマーカーの略立面図である。FIG. 6 is a schematic elevational view of a patient on a movable support and a marker implanted in the patient's body. 本発明の一実施形態による位置決めシステム及び患者体内に埋め込まれた複数のマーカーを概略的に示す側面図である。1 is a side view schematically illustrating a positioning system and a plurality of markers implanted in a patient according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態による、放射線治療のための実時間ターゲット追跡を用いる統合放射線治療過程の流れ図である。4 is a flowchart of an integrated radiotherapy process using real-time target tracking for radiotherapy according to an embodiment of the present invention. 放射線治療及び他の医療用途におけるターゲットの実時間追跡のためのシステム及び方法の一態様を示すCT画像の表示である。2 is a CT image display illustrating one aspect of a system and method for real-time tracking of a target in radiation therapy and other medical applications. CTスキャナの基準座標系を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the reference coordinate system of CT scanner. 本発明の一実施形態による客観的出力を表示するためのユーザ・インタフェースのスクリーンショットである。4 is a screen shot of a user interface for displaying objective output according to one embodiment of the invention. 本発明の一実施形態による放射線照射期間の等角図である。2 is an isometric view of a radiation exposure period according to one embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態による位置決めシステムと共に用いるためのマーカーの等角図である。2 is an isometric view of a marker for use with a positioning system according to one embodiment of the present invention. FIG. 図8Aのマーカーの線8B−8Bに沿って描かれた断面図である。FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line 8B-8B of the marker of FIG. 8A. 図8A−図8Bのマーカーの放射線画像の実例である。9 is an example of a radiographic image of the marker of FIGS. 8A-8B. 本発明の別の実施形態による位置決めシステムと共に用いるためのマーカーの等角図である。6 is an isometric view of a marker for use with a positioning system according to another embodiment of the present invention. FIG. 図9Aのマーカーの線9B−9Bに沿って描かれた断面図である。FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line 9B-9B of the marker of FIG. 9A. 本発明の別の実施形態による位置決めシステムと共に用いるためのマーカーの等角図である。6 is an isometric view of a marker for use with a positioning system according to another embodiment of the present invention. FIG. 図10Aのマーカーの線10B−10Bに沿って描かれた断面図である。FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line 10B-10B of the marker of FIG. 10A. 本発明の別の実施形態による位置決めシステムと共に用いるためのマーカーの等角図である。6 is an isometric view of a marker for use with a positioning system according to another embodiment of the present invention. FIG. 本発明のさらに別の実施形態による位置決めシステムと共に用いるためのマーカーの等角図である。FIG. 6 is an isometric view of a marker for use with a positioning system according to yet another embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるターゲットの追跡に用いるための位置決めシステムの略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of a positioning system for use in target tracking according to one embodiment of the invention. FIG. 第1の励起場を生成するための第1の位相の組合せの電気信号を搬送する共面電源コイルの配列の略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of an arrangement of coplanar power supply coils that carry electrical signals of a first phase combination for generating a first excitation field. FIG. 第2の励起場を生成するための第2の位相の組合せの電気信号を搬送する共面電源コイルの配列の略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of an arrangement of coplanar power supply coils that carry electrical signals of a second phase combination for generating a second excitation field. FIG. 第3の励起場を生成するための第3の位相の組合せの電気信号を搬送する共面電源コイルの配列の略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of an arrangement of coplanar power supply coils that carry electrical signals of a third phase combination for generating a third excitation field. 第1の空間方向にマーカーを活性化するための磁気励起場を示す共面電源コイルの配列の略図である。Fig. 6 is a schematic diagram of an arrangement of coplanar power coils showing a magnetic excitation field for activating markers in a first spatial direction. 第2の空間方向にマーカーを活性化するための磁気励起場を示す共面電源コイルの配列の略図である。4 is a schematic diagram of a coplanar power coil arrangement showing a magnetic excitation field for activating a marker in a second spatial direction. 本発明の一実施形態による位置決めシステムと共に用いるためのセンサ・アセンブリの個々の構成要素を示す分解等角図である。FIG. 3 is an exploded isometric view showing individual components of a sensor assembly for use with a positioning system according to one embodiment of the present invention. 図19Aのセンサ・アセンブリ内で用いる検出ユニットの平面図である。FIG. 19B is a plan view of a detection unit used in the sensor assembly of FIG. 19A. 図19Aのセンサ・アセンブリと共に用いるプリアンプの略図である。19B is a schematic diagram of a preamplifier for use with the sensor assembly of FIG. 19A. 本システムの実験ファントムをベースとする研究からの例証的な腫瘍の運動楕円のグラフである。3 is an exemplary tumor motion ellipse graph from an experimental phantom-based study of the system. 本システムの実験ファントムをベースとする研究からの2乗平均平方根(RMS)誤差のグラフである。Figure 3 is a graph of root mean square (RMS) error from a study based on an experimental phantom of the system. 本システムの実験ファントムをベースとする研究からの位置決め誤差の例示的なヒストグラムである。FIG. 6 is an exemplary histogram of positioning errors from a study based on an experimental phantom of the system. FIG. 本システムの実験ファントムをベースとする研究からの速さの関数としての位置誤差のグラフである。Figure 6 is a graph of position error as a function of speed from an experimental phantom-based study of the system.

Claims (78)

医療用途における、ヒトの患者体内のターゲットを、該ターゲットに実質的に固定されるように該患者体内に固定されたマーカーを用いて追跡する方法であって、
前記マーカーの位置データを収集するステップと、
前記位置データに基づいて、外部基準座標系における前記マーカーの位置を決定するステップと、
(a)前記マーカーの前記位置に対応し、(b)追跡誤差が5mm未満となる頻度で与えられる、前記外部基準座標系における客観的出力を生成するステップと、
を含む方法。
A method for tracking a target in a human patient in a medical application using a marker fixed in the patient so as to be substantially fixed to the target,
Collecting position data of the marker;
Determining the position of the marker in an external reference coordinate system based on the position data;
(A) generating an objective output in the external reference coordinate system, corresponding to the position of the marker, and (b) given at a frequency where the tracking error is less than 5 mm;
Including methods.
前記マーカーは、無線で伝達される非イオン化励起エネルギーに応答して位置信号を無線で伝達する小さなトランスポンダを備え、前記位置データを収集するステップは、前記位置信号を検出するステップを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The marker comprises a small transponder that wirelessly transmits a position signal in response to non-ionized excitation energy transmitted wirelessly, and collecting the position data includes detecting the position signal. The method according to claim 1. 前記マーカーは、前記患者体内に埋め込まれる形態にされ、前記方法は、前記マーカーが前記ターゲットの動きに直接相関して動くように、前記ターゲットの少なくとも近傍の位置に前記マーカーを埋め込むステップをさらに含むことを特徴とする、請求項2に記載の方法。   The marker is configured to be implanted within the patient, and the method further includes implanting the marker at a location at least proximate to the target such that the marker moves in direct correlation with movement of the target. The method according to claim 2, wherein: 前記マーカーは、前記患者体内に埋め込まれる形態にされ、無線で伝達される非イオン化励起エネルギーに応答して位置信号を無線で伝達するトランスポンダを有する小さな無鉛マーカーを含み、前記方法は前記マーカーを埋め込むステップを含み、前記位置データを収集するステップは前記位置信号を検出するステップを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The marker is configured to be implanted within the patient and includes a small lead-free marker having a transponder that wirelessly transmits a position signal in response to non-ionized excitation energy transmitted wirelessly, and the method implants the marker The method of claim 1 including the step of: collecting the position data comprises detecting the position signal. 前記マーカーは、無線で伝達される交流磁場に応答して、交流磁気位置信号を無線で伝達する小さな交流磁気トランスポンダを備え、前記位置データを収集するステップは、交流磁気位置信号を検出するステップを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The marker includes a small AC magnetic transponder that wirelessly transmits an AC magnetic position signal in response to a wirelessly transmitted AC magnetic field, and the step of collecting the position data includes detecting an AC magnetic position signal. The method of claim 1, comprising: 前記客観的出力は、少なくとも1つの前記位置データ及び前記マーカーの前記決定位置に関する人為的解釈なしに生成されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the objective output is generated without artificial interpretation of at least one of the position data and the determined position of the marker. 前記客観的出力は、前記外部基準座標系における3次元座標を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the objective output includes three-dimensional coordinates in the external reference coordinate system. 前記客観的出力は、前記ターゲットの位置とコンピュータ・システム内で決定されたターゲットの望ましい位置との間のオフセット値を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the objective output comprises an offset value between the target position and a desired target position determined in a computer system. 前記位置データは時刻tnにおいて収集され、前記ターゲットの前記位置に対応する前記客観的出力を供給するステップは、前記客観的出力を、時刻tnから約5秒以内の待ち時間で、約15秒以下の周期で、ユーザ・インタフェース、メモリ・デバイス、コンピュータ及び医療デバイスの少なくとも1つに供給するステップを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The position data is collected at time t n , and providing the objective output corresponding to the position of the target includes providing the objective output for about 15 seconds with a waiting time within about 5 seconds from time t n. The method of claim 1, comprising providing to at least one of a user interface, a memory device, a computer, and a medical device with a period of less than a second. 前記待ち時間は、約2秒以下の周期において時刻tnから約2秒以内であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。 The waiting time is characterized in that from time t n in the period of more than about 2 seconds within about 2 seconds, The method of claim 9. 前記待ち時間は、約1秒以下の周期において時刻tnから約1秒以内であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。 The method of claim 9, wherein the waiting time is within about 1 second from time t n in a period of about 1 second or less. 前記待ち時間は、約200ミリ秒以下の周期において時刻tnから約100ミリ秒以内であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。 The method of claim 9, wherein the waiting time is within about 100 milliseconds from time t n in a period of about 200 milliseconds or less. 前記待ち時間は、約50ミリ秒以下の周期において時刻tnから約50ミリ秒以内であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。 The method of claim 9, wherein the waiting time is within about 50 milliseconds from time t n in a period of about 50 milliseconds or less. 前記周期は約12.5ミリ秒であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein the period is about 12.5 milliseconds. 前記周期は約16.67ミリ秒であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein the period is about 16.67 milliseconds. 前記周期は約20ミリ秒であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein the period is about 20 milliseconds. 前記収集、決定及び供給手続きを実行しながら、放射線照射装置のアイソセンターに対して望ましい位置に前記ターゲットを配置するように、前記患者を配置するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, further comprising positioning the patient to position the target at a desired location relative to an isocenter of a radiation delivery device while performing the collection, determination, and delivery procedures. The method described in 1. 前記収集、決定及び供給手続きを実行しながら、放射線照射装置のアイソセンターに向けられた高強度イオン化ビームで前記患者を照射するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising irradiating the patient with a high intensity ionization beam directed to an isocenter of a radiation irradiator while performing the collection, determination, and delivery procedures. 前記収集、決定及び供給手続きを実行しながら、患者位置及び前記高強度イオン化ビームのパラメータの少なくとも1つを制御するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, further comprising controlling at least one of a patient position and a parameter of the high intensity ionization beam while performing the acquisition, determination and delivery procedures. 前記ターゲットが前記マシーン・アイソセンターに対して望ましい位置にあることが示されるときに、前記非イオン化ビームがオンとなるように前記非イオン化ビームのオン・オフ状態を制御するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項19に記載の方法。   Controlling the on / off state of the non-ionized beam such that the non-ionized beam is turned on when the target is shown to be in a desired position relative to the machine isocenter. 20. A method according to claim 19, characterized. 前記マシーン・センターに対して望ましい位置に前記ターゲットを配置するために、前記患者を移動させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項19に記載の方法。   20. The method of claim 19, further comprising moving the patient to place the target at a desired location relative to the machine center. 前記非イオン化ビーム形状を変更するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項19に記載の方法。   The method of claim 19, further comprising changing the non-ionized beam shape. 前記外部基準座標系における前記客観的出力を供給するステップは、前記マーカーの位置を決定するために用いられる位置データを収集するステップと少なくとも実質的に同時に前記客観的出力を供給するステップを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。   Providing the objective output in the external reference coordinate system includes providing the objective output at least substantially simultaneously with collecting position data used to determine the position of the marker. The method of claim 1, wherein: 前記頻度は、ビーム・オンの期間に複数の客観的出力を供給するステップを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the frequency includes providing a plurality of objective outputs during beam on. 患者体内のターゲットを治療する放射線治療において、該患者体内に該ターゲットに関連する位置に埋め込まれたマーカーを用いて、該ターゲットを実時間で追跡する方法であって、
時刻tnにおける前記マーカーの位置データを収集するステップと、
前記位置データに基づいて、外部基準座標系における前記マーカーの位置を決定するステップと、
前記ターゲットの前記位置に対応する客観的出力を、時刻tnから2秒以内の待ち時間内に、ユーザ・インタフェース、メモリ・デバイス及び/又は放射線照射装置に供給するステップと、
少なくとも2秒ごとに、前記供給手続きを繰り返すステップと、
を含む方法。
A method of tracking a target in real time using a marker embedded in the patient in a position associated with the target in radiation therapy for treating a target in the patient,
Collecting the marker position data at time t n ;
Determining the position of the marker in an external reference coordinate system based on the position data;
Providing an objective output corresponding to the position of the target to a user interface, a memory device and / or a radiation irradiator within a waiting time within 2 seconds from time t n ;
Repeating the supply procedure at least every 2 seconds;
Including methods.
前記マーカーは、無線で伝達される非イオン化励起エネルギーに応答して位置信号を無線で伝達する小さなトランスポンダを備え、前記位置データを収集するステップは、前記マーカーによって無線で伝達される前記位置信号を検出するステップを含むことを特徴とする、請求項25に記載の方法。   The marker comprises a small transponder that wirelessly transmits a position signal in response to non-ionized excitation energy transmitted wirelessly, and the step of collecting the position data includes the position signal transmitted wirelessly by the marker. The method of claim 25, comprising the step of detecting. 前記マーカーは、無線で伝達される交流磁場に応答して、交流磁気位置信号を無線で伝達する小さな交流磁気トランスポンダを備え、前記位置データを収集するステップは、前記マーカーによって無線で伝達される交流磁気位置信号を検出するステップを含むことを特徴とする、請求項25に記載の方法。   The marker includes a small AC magnetic transponder that wirelessly transmits an AC magnetic position signal in response to an AC magnetic field transmitted wirelessly, and the step of collecting the position data is an alternating current transmitted wirelessly by the marker. 26. A method according to claim 25, comprising detecting a magnetic position signal. 前記客観的出力は、前記ターゲットの前記位置と前記放射線照射装置のアイソセンターとの間のオフセット座標を含むことを特徴とする、請求項25に記載の方法。   26. The method of claim 25, wherein the objective output includes an offset coordinate between the position of the target and an isocenter of the radiation irradiator. 前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約1ミリ秒乃至約1秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約1秒の周期で、前記オフセット座標を、前記ユーザ・インタフェース、前記メモリ・デバイス及び/又は前記放射線照射装置に送るステップを含むことを特徴とする、請求項28に記載の方法。 Providing the objective output comprises: providing the offset coordinates at a period of about 1 millisecond to about 1 second within a waiting time of about 1 millisecond to about 1 second from time t n ; 29. The method of claim 28, comprising sending to the memory device and / or the radiation irradiator. 前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約1ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約200ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を、前記ユーザ・インタフェース、前記メモリ・デバイス及び/又は前記放射線照射装置に送るステップを含むことを特徴とする、請求項28に記載の方法。 The step of providing the objective output comprises the step of supplying the offset coordinates with a period of about 1 millisecond to about 200 milliseconds within a waiting time of about 1 millisecond to about 100 milliseconds from time t n. 29. A method according to claim 28, comprising sending to an interface, the memory device and / or the radiation delivery device. 前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約10ミリ秒乃至約50ミリ秒の待ち時間内に、約20ミリ秒乃至約50ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を、前記ユーザ・インタフェース、前記メモリ・デバイス及び/又は前記放射線照射装置に送るステップを含むことを特徴とする、請求項28に記載の方法。 The step of providing the objective output comprises the step of supplying the offset coordinates with a period of about 20 milliseconds to about 50 milliseconds within a waiting time of about 10 milliseconds to about 50 milliseconds from time t n. 29. A method according to claim 28, comprising sending to an interface, the memory device and / or the radiation delivery device. 前記客観的出力は、前記ターゲットの前記位置に関する外部基準座標系における座標を含み、前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約10ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約10ミリ秒乃至約50ミリ秒の周期で、前記座標を前記ユーザ・インタフェースに送るステップを含むことを特徴とする、請求項25に記載の方法。 The objective output includes coordinates in an external reference coordinate system with respect to the position of the target, and providing the objective output is within a waiting time of about 10 milliseconds to about 100 milliseconds from time t n . 26. The method of claim 25, comprising sending the coordinates to the user interface with a period of about 10 milliseconds to about 50 milliseconds. 前記周期は約12.5ミリ秒であることを特徴とする、請求項32に記載の方法。   The method of claim 32, wherein the period is about 12.5 milliseconds. 前記周期は約16.67ミリ秒であることを特徴とする、請求項32に記載の方法。   The method of claim 32, wherein the period is approximately 16.67 milliseconds. 前記周期は約20ミリ秒であることを特徴とする、請求項32に記載の方法。   The method of claim 32, wherein the period is about 20 milliseconds. 前記収集、決定及び供給手続きを実行しながら、前記放射線照射装置のアイソセンターに対して望ましい位置に前記ターゲットを配置するように、前記患者を配置するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項25に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising positioning the patient to position the target at a desired location relative to the isocenter of the radiation delivery device while performing the collection, determination, and delivery procedures. 26. The method according to 25. 前記客観的出力は、前記ターゲットの位置と前記放射線照射装置の前記アイソセンターに対する前記ターゲットの望ましい位置との間のオフセット座標を含み、前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約1ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約200ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を、前記ユーザ・インタフェース、前記メモリ・デバイス及び/又は前記放射線照射装置に送るステップを含むことを特徴とする、請求項36に記載の方法。 The objective output includes an offset coordinate between the position of the target and a desired position of the target relative to the isocenter of the radiation irradiator, and providing the objective output is about 1 from time t n. Sending the offset coordinates to the user interface, the memory device and / or the radiation irradiator with a period of about 1 millisecond to about 200 milliseconds within a waiting time of milliseconds to about 100 milliseconds; 37. The method of claim 36, comprising: 前記客観的出力を供給ステップは、時刻tnから約10ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約10ミリ秒乃至約50ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を、前記ユーザ・インタフェースに送るステップを含むことを特徴とする、請求項37に記載の方法。 The step of supplying the objective output comprises the step of supplying the offset coordinates with a period of about 10 milliseconds to about 50 milliseconds within a waiting time of about 10 milliseconds to about 100 milliseconds from time t n. 38. The method of claim 37, comprising the step of: 前記客観的出力を供給ステップは、時刻tnから約1ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約50ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を、前記放射線照射装置に送るステップを含み、前記放射線照射装置は、前記オフセット座標によって患者支持台を自動的に移動させることを特徴とする、請求項37に記載の方法。 Supplying step the objective output within the time t n of about 1 millisecond to about 100 milliseconds waiting time, with a period of about 1 millisecond to about 50 milliseconds, the offset coordinates, the radiation irradiation device 38. The method of claim 37, wherein the radiation irradiator automatically moves a patient support table according to the offset coordinates. 前記収集、決定及び供給手続きを実行しながら、前記放射線照射装置からの放射線ビームで前記ターゲットを照射するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項25に記載の方法。   26. The method of claim 25, further comprising irradiating the target with a radiation beam from the radiation irradiator while performing the collection, determination and delivery procedures. 前記客観的出力は、前記ターゲットの位置と前記放射線照射装置のアイソセンターに対する前記ターゲットの望ましい位置との間のオフセット座標を含み、前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約1ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約200ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を前記放射線照射装置に送るステップを含むことを特徴とする、請求項40に記載の方法。 The objective output includes offset coordinates between the position of the target and a desired position of the target relative to the isocenter of the radiation irradiator, and the step of providing the objective output is approximately 1 mm from time t n. 41. The method of claim 40, comprising sending the offset coordinates to the radiation irradiator with a period of about 1 millisecond to about 200 milliseconds within a waiting time of seconds to about 100 milliseconds. Method. 前記オフセット座標によって前記放射線照射装置のパラメータを制御するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項41に記載の方法。   42. The method of claim 41, further comprising controlling a parameter of the radiation irradiator according to the offset coordinates. 前記放射線照射装置の前記パラメータを制御するステップは、前記ターゲットが前記アイソセンターの許容範囲の外にあることを示す所定の値を前記オフセット座標が超えるとき、前記放射線ビームを終結させるステップを含むことを特徴とする、請求項42に記載の方法。   Controlling the parameters of the radiation irradiator includes terminating the radiation beam when the offset coordinates exceed a predetermined value indicating that the target is outside the isocenter tolerance. 43. The method of claim 42, wherein: 前記放射線照射装置の前記パラメータを制御するステップは、前記オフセット座標によって患者支持台を自動的に移動させるステップを含むことを特徴とする、請求項42に記載の方法。   43. The method of claim 42, wherein controlling the parameters of the radiation irradiator includes automatically moving a patient support table according to the offset coordinates. 患者体内のターゲットを治療する放射線治療において、該ターゲットを追跡する方法であって、
前記患者体内で前記ターゲットに関連する位置に配置されたマーカーの位置データを取得するステップと、
前記位置データに基づいて、外部基準座標系における前記マーカーの位置を決定するステップと、
ユーザ・インタフェースに対して、前記マーカーの前記決定された位置に基づいて前記ターゲットの位置を示す客観的出力を、(a)前記ユーザ・インタフェースでのターゲット位置の表示における一時停止がヒトにはすぐには認識できないように十分に高い頻度、及び(b)前記マーカーの前記位置データの取得と少なくとも実質的に同時となるように十分に短い待ち時間で供給するステップと、
を含む方法。
A method of tracking a target in radiation therapy for treating a target in a patient, comprising:
Obtaining position data of a marker disposed at a position related to the target in the patient body;
Determining the position of the marker in an external reference coordinate system based on the position data;
An objective output to the user interface indicating the position of the target based on the determined position of the marker; (a) a pause in displaying the target position on the user interface is immediately Providing at a sufficiently high frequency so as to be unrecognizable, and (b) at a substantially short latency so as to be at least substantially simultaneous with acquisition of the position data of the marker;
Including methods.
前記マーカーは、無線で伝達される非イオン化励起エネルギーに応答して位置信号を無線で伝達する小さなトランスポンダを備え、前記位置データを取得するステップは、前記マーカーから無線で伝達される前記位置信号を検出するステップを含むことを特徴とする、請求項45に記載の方法。   The marker includes a small transponder that wirelessly transmits a position signal in response to non-ionized excitation energy transmitted wirelessly, and the step of obtaining the position data includes the position signal transmitted wirelessly from the marker. 46. The method of claim 45, comprising the step of detecting. 前記マーカーは、無線で伝達される交流磁場に応答して、交流磁気位置信号を無線で伝達する小さな交流磁気トランスポンダを備え、前記位置データを取得するステップは、前記マーカーにより無線で伝達される前記交流磁気位置信号を検出するステップを含むことを特徴とする、請求項45に記載の方法。   The marker comprises a small AC magnetic transponder that wirelessly transmits an AC magnetic position signal in response to an AC magnetic field transmitted wirelessly, and obtaining the position data is wirelessly transmitted by the marker 46. A method according to claim 45, comprising detecting an alternating magnetic position signal. 前記位置データは時刻tnにおいて取得され、前記客観的出力は、前記ターゲットの前記位置と放射線照射装置のアイソセンターに対して前記ターゲットの望ましい位置との間のオフセット座標を含むことを特徴とする、請求項45に記載の方法。 The position data is acquired at time t n , and the objective output includes an offset coordinate between the position of the target and a desired position of the target with respect to the isocenter of the radiation irradiation apparatus. 46. The method of claim 45. 前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約1ミリ秒乃至約1秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約1秒の周期で、前記オフセット座標を、前記ユーザ・インタフェース及び/又は前記放射線照射装置に送るステップを含むことを特徴とする、請求項48に記載の方法。 The step of providing the objective output comprises the step of supplying the offset coordinates with a period of about 1 millisecond to about 1 second within a waiting time of about 1 millisecond to about 1 second from time t n , and the user interface and 49. The method according to claim 48, comprising the step of sending to the radiation application device. 前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約1ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約200ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を、前記ユーザ・インタフェース及び/又は前記放射線照射装置に送るステップを含むことを特徴とする、請求項48に記載の方法。 The step of providing the objective output comprises the step of supplying the offset coordinates with a period of about 1 millisecond to about 200 milliseconds within a waiting time of about 1 millisecond to about 100 milliseconds from time t n. 49. The method according to claim 48, comprising the step of sending to an interface and / or said radiation delivery device. 前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約10ミリ秒乃至約50ミリ秒の待ち時間内に、約20ミリ秒乃至約50ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を、前記ユーザ・インタフェース及び/又は前記放射線照射装置に送るステップを含むことを特徴とする、請求項48に記載の方法。 The step of providing the objective output comprises the step of supplying the offset coordinates with a period of about 20 milliseconds to about 50 milliseconds within a waiting time of about 10 milliseconds to about 50 milliseconds from time t n. 49. The method according to claim 48, comprising the step of sending to an interface and / or said radiation delivery device. 前記位置データは時刻tnにおいて取得され、前記客観的出力は、前記外部座標系における前記ターゲットの位置に関連する座標を含み、前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約10ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約10ミリ秒乃至約50ミリ秒の周期で、前記座標を、前記ユーザ・インタフェースに送るステップを含むことを特徴とする、請求項45に記載の方法。 The position data is acquired at time t n , the objective output includes coordinates associated with the position of the target in the external coordinate system, and the step of providing the objective output is about 10 mm from time t n. 46. The method of claim 45, comprising sending the coordinates to the user interface with a period of about 10 milliseconds to about 50 milliseconds within a waiting time of seconds to about 100 milliseconds. Method. 前記収集、決定及び供給手続きを実行しながら、放射線照射装置のアイソセンターに対して望ましい位置に前記ターゲットを配置するように、前記患者を配置するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項45に記載の方法。   46. The method of claim 45, further comprising positioning the patient to position the target at a desired location relative to an isocenter of a radiation delivery device while performing the collection, determination, and delivery procedures. The method described in 1. 前記位置データは時刻tnにおいて取得され、前記客観的出力は、前記ターゲットの前記位置と前記放射線照射装置の前記アイソセンターに対して前記ターゲットの望ましい位置との間のオフセット座標を含み、前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約1ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約200ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を前記ユーザ・インタフェース及び/又は前記放射線照射装置に送るステップを含むことを特徴とする、請求項45に記載の方法。 The position data is acquired at time t n , and the objective output includes an offset coordinate between the position of the target and a desired position of the target with respect to the isocenter of the radiation irradiator, and the objective data Providing a dynamic output includes, during a waiting time of about 1 millisecond to about 100 milliseconds from time t n , the offset coordinates in the user interface and / or with a period of about 1 millisecond to about 200 milliseconds. 46. A method according to claim 45, further comprising the step of sending to the radiation irradiator. 前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約10ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約10ミリ秒乃至約50ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を前記ユーザ・インタフェースに送るステップを含むことを特徴とする、請求項54に記載の方法。 Providing the objective output includes providing the offset coordinates to the user interface in a period of about 10 milliseconds to about 50 milliseconds within a waiting time of about 10 milliseconds to about 100 milliseconds from time t n; 55. The method of claim 54, comprising the step of: 前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約1ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約50ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を前記放射線照射装置に送るステップを含み、前記放射線照射装置は、前記オフセット座標によって患者支持台を移動させることを特徴とする、請求項54に記載の方法。 The step of supplying the objective output includes the step of supplying the offset coordinates to the radiation irradiating apparatus at a period of about 1 millisecond to about 50 milliseconds within a waiting time of about 1 millisecond to about 100 milliseconds from time t n. 55. The method of claim 54, wherein the radiation delivery device moves a patient support by the offset coordinates. 前記取得、決定及び供給手続きを実行しながら、放射線照射装置からの放射線ビームで前記ターゲットを照射するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項45に記載の方法。   46. The method of claim 45, further comprising irradiating the target with a radiation beam from a radiation irradiator while performing the acquisition, determination and delivery procedures. 前記位置データは時刻tnにおいて取得され、前記客観的出力は、前記ターゲットの前記位置と前記放射線照射装置のアイソセンターに対して前記ターゲットの望ましい位置との間のオフセット座標を含み、前記客観的出力を供給するステップは、時刻tnから約1ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約200ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を前記放射線照射装置に送るステップを含むことを特徴とする、請求項57に記載の方法。 The position data is acquired at time t n , and the objective output includes an offset coordinate between the position of the target and a desired position of the target with respect to the isocenter of the radiation irradiator, the objective data The step of supplying an output includes the step of sending the offset coordinates to the radiation irradiating apparatus with a period of about 1 millisecond to about 200 milliseconds within a waiting time of about 1 millisecond to about 100 milliseconds from time t n. 58. The method of claim 57, comprising: 前記オフセット座標によって前記放射線照射装置のパラメータを制御するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項58に記載の方法。   59. The method of claim 58, further comprising controlling a parameter of the radiation irradiator according to the offset coordinates. 前記放射線照射装置のパラメータを制御するステップは、前記ターゲットが前記アイソセンターの許容範囲の外にあることを示す所定の値を前記オフセット座標が超えるとき、放射線ビームを終結させるステップを含むことを特徴とする、請求項59に記載の方法。   Controlling the parameters of the radiation irradiator includes terminating the radiation beam when the offset coordinates exceed a predetermined value indicating that the target is outside the tolerance range of the isocenter. 60. The method of claim 59. 前記放射線照射装置のパラメータを制御するステップは、前記オフセット座標によって患者支持台を自動的に移動させるステップを含むことを特徴とする、請求項59に記載の方法。   60. The method according to claim 59, wherein the step of controlling the parameters of the radiation irradiator comprises automatically moving a patient support according to the offset coordinates. 患者のターゲットを、該患者体内に該ターゲットに関連する位置に埋め込まれたマーカーを用いて治療するための放射線治療システムであって、
イオン化放射線ビームを発生するビーム発生器、アイソセンター、及び、前記ビームを前記アイソセンターに向ける照準器、を含む放射線照射装置と、
時刻tnにおいて前記マーカーの位置データを取得する検出器と、
前記位置データを受け取るために前記検出器と動作可能なように結合するコンピュータであって、前記位置データに基づいて前記マーカーの位置を決定し、前記ターゲットの位置を示す客観的出力を、時刻tnから2秒以下の待ち時間内に、2秒以下の周期で、ユーザ・インタフェース、メモリ・デバイス、及び/又は放射線照射装置に供給するコンピュータ動作可能媒体を有するコンピュータと、
を備えるシステム。
A radiation therapy system for treating a patient target with a marker embedded in the patient at a location associated with the target,
A radiation irradiator comprising a beam generator for generating an ionizing radiation beam, an isocenter, and an sighting device for directing the beam toward the isocenter
A detector for obtaining position data of the marker at time t n ;
A computer operatively coupled to the detector to receive the position data, wherein the position of the marker is determined based on the position data, and an objective output indicative of the position of the target is obtained at time t a computer having a computer operable medium for supplying to a user interface, a memory device and / or a radiation irradiator with a period of 2 seconds or less within a waiting time of 2 seconds or less from n
A system comprising:
非イオン化励起エネルギーを無線で伝達するように構成された励起源と、前記無線で伝達された非イオン化励起エネルギーに応答して位置信号を無線で伝達するように構成された小さなトランスポンダを有するマーカーとをさらに備え、前記検出器は、前記マーカーによって無線で伝達された前記位置信号を検出するように構成されることを特徴とする、請求項62に記載の放射線治療システム。   An excitation source configured to wirelessly transmit non-ionized excitation energy and a marker having a small transponder configured to wirelessly transmit a position signal in response to the wirelessly transmitted non-ionized excitation energy; 63. The radiation therapy system of claim 62, further comprising: the detector configured to detect the position signal transmitted wirelessly by the marker. 交流磁場を無線で伝達するように構成された励起源と、前記無線で伝達された交流磁場に応答して交流磁気位置信号を無線で伝達する小さな交流磁気トランスポンダを有するマーカーとを備え、前記検出器は、前記マーカーによって無線で伝達された前記交流磁気位置信号を検出するように構成されたコイルを含むことを特徴とする、請求項62に記載の放射線治療システム。   The detection comprising: an excitation source configured to wirelessly transmit an alternating magnetic field; and a marker having a small alternating magnetic transponder that wirelessly transmits an alternating magnetic position signal in response to the wirelessly transmitted alternating magnetic field 63. A radiation therapy system according to claim 62, wherein the instrument comprises a coil configured to detect the alternating magnetic position signal transmitted wirelessly by the marker. 前記客観的出力は、前記ターゲットの前記位置と前記放射線照射装置のアイソセンターに対して前記ターゲットの望ましい位置との間のオフセット座標を含むことを特徴とする、請求項62に記載の放射線治療システム。   64. The radiation therapy system of claim 62, wherein the objective output includes offset coordinates between the position of the target and a desired position of the target with respect to an isocenter of the radiation irradiator. . 前記コンピュータ動作可能媒体は、時刻tnから約1ミリ秒乃至約1秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約1秒の周期で、前記オフセット座標を前記ユーザ・インタフェース、前記メモリ・デバイス及び/又は前記放射線照射装置に送ることを特徴とする、請求項65に記載の放射線治療システム。 The computer operable medium is configured to transfer the offset coordinates to the user interface, the memory device at a period of about 1 millisecond to about 1 second within a waiting time of about 1 millisecond to about 1 second from time t n. 66. The radiation treatment system according to claim 65, wherein the radiation treatment system is sent to the radiation irradiation apparatus. 前記コンピュータ動作可能媒体は、時刻tnから約1ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約200ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を前記ユーザ・インタフェース、前記メモリ・デバイス及び/又は前記放射線照射装置に送ることを特徴とする、請求項65に記載の放射線治療システム。 The computer-readable medium stores the offset coordinates in the user interface, the memory in a period of about 1 millisecond to about 200 milliseconds within a waiting time of about 1 millisecond to about 100 milliseconds from time t n. 66. Radiation therapy system according to claim 65, characterized in that it is sent to a device and / or said radiation irradiator. 前記コンピュータ動作可能媒体は、時刻tnから約10ミリ秒乃至約50ミリ秒の待ち時間内に、約20ミリ秒乃至約50ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を前記ユーザ・インタフェース、前記メモリ・デバイス及び/又は前記放射線照射装置に送ることを特徴とする、請求項65に記載の放射線治療システム。 The computer-readable medium stores the offset coordinates in the user interface, the memory in a period of about 20 milliseconds to about 50 milliseconds within a waiting time of about 10 milliseconds to about 50 milliseconds from time t n. 66. Radiation therapy system according to claim 65, characterized in that it is sent to a device and / or said radiation irradiator. 前記客観的出力は、前記ターゲットの前記位置に関する前記外部基準座標系における座標を含み、前記コンピュータ動作可能媒体は、時刻tnから約10ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約10ミリ秒乃至約50ミリ秒の周期で、前記座標を前記ユーザ・インタフェースに送ることを特徴とする、請求項65に記載の放射線治療システム。 The objective output includes coordinates in the external reference coordinate system with respect to the position of the target, and the computer-operable medium is about 10 to about 10 milliseconds to about 100 milliseconds from time t n. 66. The radiation therapy system of claim 65, wherein the coordinates are sent to the user interface with a period of milliseconds to about 50 milliseconds. 前記コンピュータ動作可能媒体は、前記ターゲットを前記放射線照射装置のアイソセンターに対して望ましい位置に配置するように前記患者を配置するための信号を送ることを特徴とする、請求項62に記載の放射線治療システム。   63. Radiation according to claim 62, wherein the computer operable medium sends a signal to position the patient to position the target at a desired location relative to the isocenter of the radiation delivery device. Treatment system. 前記客観的出力は、前記ターゲットの前記位置と前記放射線照射装置のアイソセンターとの間のオフセット座標を含み、前記コンピュータ動作可能媒体は、時刻tnから約1ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約200ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を前記ユーザ・インタフェース、前記メモリ・デバイス及び/又は前記放射線照射装置に送ることを特徴とする、請求項70に記載の放射線治療システム。 The objective output includes offset coordinates between the isocenter and the position of the target the radiation irradiating device, wherein the computer operable medium, from the time t n of about 1 millisecond to about 100 milliseconds waiting 71. The offset coordinates are sent to the user interface, the memory device, and / or the radiation irradiator in a period of about 1 millisecond to about 200 milliseconds in time. Radiation therapy system. 前記コンピュータ動作可能媒体は、時刻tnから約10ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約10ミリ秒乃至約50ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を前記ユーザ・インタフェースに送ることを特徴とする、請求項71に記載の放射線治療システム。 The computer operable medium sends the offset coordinates to the user interface with a period of about 10 milliseconds to about 50 milliseconds within a waiting time of about 10 milliseconds to about 100 milliseconds from time t n. 72. The radiation therapy system according to claim 71, wherein: 前記コンピュータ動作可能媒体は、時刻tnから約1ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約50ミリ秒の周期で、前記オフセット座標を前記放射線照射装置に送り、前記放射線照射装置は前記オフセット座標によって患者支持台を自動的に移動させるように構成されることを特徴とする、請求項71に記載の放射線治療システム。 The computer operable medium sends the offset coordinates to the radiation irradiator with a period of about 1 millisecond to about 50 milliseconds within a waiting time of about 1 millisecond to about 100 milliseconds from time t n , 72. The radiation therapy system according to claim 71, wherein the radiation irradiating apparatus is configured to automatically move a patient support base according to the offset coordinates. 前記客観的出力は、前記ターゲットの前記位置と前記放射線照射装置のアイソセンターとの間のオフセット座標を含み、前記コンピュータ動作可能媒体は、時刻tnから約1ミリ秒乃至約100ミリ秒の待ち時間内に、約1ミリ秒乃至約200ミリ秒の周期で、前記座標を前記放射線照射装置に送ることを特徴とする、請求項62に記載の放射線治療システム。 The objective output includes offset coordinates between the isocenter and the position of the target the radiation irradiating device, wherein the computer operable medium, from the time t n of about 1 millisecond to about 100 milliseconds waiting 64. The radiation therapy system of claim 62, wherein the coordinates are sent to the radiation delivery device in a period of about 1 millisecond to about 200 milliseconds in time. 患者のターゲットを、該患者体内に該ターゲットに関連する位置に埋め込まれたマーカーを用いて治療するための追跡システムであって、
時刻tnにおいて前記マーカーの位置データを取得する検出器と、
前記位置データを受け取るために前記検出器と動作可能なように結合するコンピュータであって、前記位置データに基づいて前記マーカーの位置を決定し、時刻tnから10−200ミリ秒の待ち時間内に、10−100ミリ秒の周期で、前記ターゲットの位置を示す客観的出力を供給するコンピュータ動作可能媒体を有するコンピュータと、
を備えるシステム。
A tracking system for treating a patient's target with a marker embedded in the patient at a location associated with the target,
A detector for obtaining position data of the marker at time t n ;
A computer operatively coupled to the detector for receiving the position data, wherein the position of the marker is determined based on the position data and within a waiting time of 10-200 milliseconds from time t n A computer having a computer operable medium that provides an objective output indicative of the position of the target at a period of 10-100 milliseconds;
A system comprising:
イオン化放射線を用いて患者のターゲットを治療する方法であって、
イオン化放射線のビームを発生し、該ビームを前記ターゲットに向けるステップと、
前記ビームを前記ビーム・アイソセンターに向けながら、患者体内の前記ターゲットに関連する位置に埋め込まれたマーカーの位置情報を収集するステップと、
前記収集された位置情報に基づいて、前記ビーム・アイソセンターに対する前記ターゲットの位置を示す客観的出力を供給するステップと、
前記客観的出力を前記ビームのパラメータと相関させるステップと、
を含む方法。
A method of treating a patient target using ionizing radiation comprising:
Generating a beam of ionizing radiation and directing the beam to the target;
Collecting position information of markers implanted at a position associated with the target within a patient while directing the beam to the beam isocenter;
Providing an objective output indicative of the position of the target relative to the beam isocenter based on the collected position information;
Correlating the objective output with parameters of the beam;
Including methods.
イオン化放射線を用いて患者のターゲットを治療する方法であって、
イオン化放射線のビームを発生し、マルチリーフ・コリメータを用いて該ビームを前記ターゲットに向けるステップと、
前記ビームを前記ビーム・アイソセンターに向けながら、患者体内の前記ターゲットに関連する位置に埋め込まれたマーカーの位置情報を収集するステップと、
前記収集された位置情報に基づいて、前記ビーム・アイソセンターに対する前記患者の前記ターゲットの位置を示す客観的出力を供給し、前記客観的出力に基づいてマルチリーフ・コリメータの配置を制御するステップと、
を含む方法。
A method of treating a patient target using ionizing radiation comprising:
Generating a beam of ionizing radiation and directing the beam to the target using a multi-leaf collimator;
Collecting position information of markers implanted at a position associated with the target within a patient while directing the beam to the beam isocenter;
Providing an objective output indicating the position of the target of the patient relative to the beam isocenter based on the collected position information and controlling the placement of a multi-leaf collimator based on the objective output; ,
Including methods.
イオン化放射線を用いて患者のターゲットを治療する方法であって、
イオン化放射線のビームを発生し、該ビームを前記ターゲットに向けるステップと、
(a)前記ビームを前記ビーム・アイソセンターに向けながら、患者体内の前記ターゲットに関連する位置に埋め込まれたマーカーの位置情報を収集し、そして(b)前記ビームを前記ビーム・アイソセンターに、位置決めシステムを再較正することなしに少なくとも10秒間向けながら、前記マーカーの前記収集された位置情報に基づいて、前記ビーム・アイソセンターに対する前記ターゲットの位置を示す客観的出力を供給するための、位置決めシステムを操作するステップと、
を含む方法。
A method of treating a patient target using ionizing radiation comprising:
Generating a beam of ionizing radiation and directing the beam to the target;
(A) collecting position information of markers embedded at a position associated with the target within a patient while directing the beam to the beam isocenter; and (b) directing the beam to the beam isocenter; Positioning to provide an objective output indicating the position of the target relative to the beam isocenter based on the collected position information of the marker while aiming for at least 10 seconds without recalibrating the positioning system Steps to operate the system;
Including methods.
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